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1、高电压技术Chapter1电介质的极化,电导,损耗电介质:通常条件下导电性能极差的物质,电力系统中用作绝缘材料原理:电介质中正负电荷束缚的很紧，内部可自由移动的电子很少，因此导电性能差第一节.电介质的极化分类:电子位移极化离子位移极化转向极化空间电荷极化一．电子位移极化:电介质由分子和原子构成，原子是由带电的原子核和外围电子构成的1．无外加电场:电子云中心与原子重合，无感应力矩2．有外加电场:原子核向电场方向移动，电子云中心向反方向移动，原子核和电子云产生吸引力，当外加电场力与吸引力平衡时，产生一个稳定的感应力矩特点:极化速度快，无能量消耗与温
2、度无关二．离子位移极化:电介质由正离子和负离子构成1．无外加电场:各正负离子对构成的偶极矩彼此抵消2．有外加电场:正离子沿电场方向运动，负离子沿反方向运动，两者产生吸引力，当吸引力等于电场力时平衡，产生了稳定电距特点:极化速度较快，有轻微的能量损耗温度越高极化率越大三．转向极化:电介质是极性电介质1．无外加电场:正负电荷中心不重合，存在固有偶极矩，但分子热运动不规则，偶极矩排列方向无序，合成电距为零2．有外加电场:固有偶极矩有转向电场的趋势，顺着电场方向做定向排列，形成转向极化特点:速度慢能耗较大受温度影响（热运动）四．空间电荷极化:由电质点在
3、电介质上的移动形成的，电荷在介质中产生了新的分布，从而产生电距1．被晶格缺陷捕获2．在两层介质的介面上堆积特点:极化速度慢（仅适用于低频）能耗大与温度无关第二节.电介质介电常数一.介电常数的物理意义介电常数:介质在有外加电场时,会产生感应电荷,从而导体内部削弱电场,即外加电场与介质中电场之比二.气体电介质的相对介电常数气体分子距离大,极化率小,相对介电常数接近于1影响因素:随温度升高减小随电压增大而增大三.液体电介质的相对介电常数1．中性液体介质(石油,苯,四氯化碳,硅油)相对介电常数不大1.8-2.82．极性液体介质(蓖麻油)优点:介电常数大
4、,绝缘能力强缺点:在交变电场中介质损耗大影响因素:温度:i)低温:分子间的黏附力强，转向极化弱，介电常数随温度升高而变大ii)高温:分子热运动加剧阻碍转向极化，介电常数变小电场频率i)低频:转向极化跟得上电场交变转向，介电常数大ii)高频:转向极化跟不上电场交变转向，介电常数小四.固体电介质的相对介电常数1．中性或弱极性固体介质:只有电子位移极化和离子位移极化，介电常数小2．极性固体介质:有转向极化，相对介电常数大影响因素:受温度和电场频率影响情况同液体介质相似3-6第三节.电介质的电导一．气体电介质的电导产生:由气体电离出来的自由电子，正离子
5、和负离子，在外加电场作用下丁香移动造成的1．无外加电场:外界因素使1cm2气体每秒产生一对离子，在离子不断产生的同时，正负离子又在不断复合，达到动态品恒，电导小2．有外加电场:离子在电场力的作用下和服与气体分子的阻力，移动速度为v（离子迁移率b=v/E）当电场小时b=const较小，电导小，当电场较大，超过某一值，气体分子发生碰撞电离，电流密度迅速增大，绝缘被破坏，气隙被击穿，电导大******图Page5:1-3-1气体介质中电流密度J与场强E的关系二．液体电介质的电导1．中性液体介质:理解微弱，电导主要对杂质敏感2．极性液体介质:不仅由杂质
6、引起，而且与本身分子的理解度有关，其电导大于中性液体介质的电导.极性液体介质的介电常数越大，电导越大，强极性液体介质不能看作电介质，而是离子式导电液影响因素:温度:随温度升高，电导变大电场强度:与气体电介质类似三．固体电介质的电导1．中性固体介质（具有中性分子的固体介质）:电导由杂质决定2．极性固体介质（离子式结构的固体介质）:由离子在热运动影响下脱离晶格移动产生1）无外加电场:离子移动是无序的，不形成电流2）有外加电场:离子在电场方向上，获得一定的速度形成电流影响因素:温度:随温度升高电导变大电场强度:在电场强度小于某值时,电导小,但大于临界
7、值时,电导将急剧增大杂质:对电导率影响很大（eg:固体介质吸收潮气）第四节.电介质中的能量损耗一．介质损耗:介质在电场中消耗的能量稳恒电场:极化损耗低，介质损耗小，主要由漏电导产生交变电场:1极化速度远大于电场变化速度:极化损耗低，介质损耗小D=εE2极化速度与电场变化速度相当:极化损耗大，介质损耗大D=ε*E=（ε’-ε’’j）E两边求导J=ε*∂E∂t=（ε’-ε’’j）jωE=jωε’E+ωε’’E=J’+J’’(∂E∂t=∂
8、E
9、ejω∂t=jω
10、E
11、ejω=jωE)由此可知，复介电常数实部贡献武功电流密度，虚部贡献有功电电流密度.形成
12、有功功率损耗是介质损耗的一部分介质损耗角tanδ=Jr/Jc越小越好电介质等效电路Rlk电导损耗Rp有功损耗Cp无功损耗Cg真空和无损耗极化所引起的电
