5 電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和損耗

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1、第二章介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和損耗(1)液體和固體介質(zhì)廣泛用作電氣設(shè)備的內(nèi)絕緣。常用的液體介質(zhì)：變壓器油、電容器油、電纜油常用的固體介質(zhì)：絕緣紙、紙板、云母、塑料、電瓷、玻璃、硅橡膠電介質(zhì)分類：按狀態(tài)分氣體、液體和固體三類氣體介質(zhì)廣泛用作電氣設(shè)備的外絕緣；導(dǎo)電性能介電性能電氣強度電導(dǎo)率(絕緣電阻率)γ介電常數(shù)ε介質(zhì)損耗角正切tanδ擊穿電場強度電介質(zhì)的電氣特性表現(xiàn)在電場作用下的：表征參數(shù)：本次課程的目的要求:1、掌握極化、電導(dǎo)(絕緣電阻)的概念2、能說明極化的種類和特點3、能解釋吸收現(xiàn)象4、能說明介質(zhì)電導(dǎo)形成的原因及影

2、響因素2.1電介質(zhì)的極化一、介質(zhì)的極化和介電常數(shù)1、極化定義電介質(zhì)在電場作用下，其束縛電荷相應(yīng)于電場方向產(chǎn)生彈性位移現(xiàn)象和偶極子的取向現(xiàn)象。2、介電常數(shù)表示極化強弱的一個物理量。以真空平板電容器為例分析：極化前：極化后：是反映電介質(zhì)極化特性的一個物理量。與溫度有關(guān)氣體接近于1，因密度小、極化率低；液體和固體多在2～6之間。用于電容器的絕緣材料，希望選用大的介質(zhì)，可使單位電容的體積和重量減小。其他電氣設(shè)備中總是選較小的介質(zhì)，因介質(zhì)損耗較小。采用較小絕緣材料可減小電纜的充電電流、提高套管的沿面放電電壓等。采用組合絕緣

3、時應(yīng)注意各種材料值之間的配合，在交流電壓下，串聯(lián)多層介質(zhì)的場強分布與介質(zhì)的成反比。為保持場強不變，極板上電荷必然會增加，以抵消極化電荷產(chǎn)生的反電場.二、極化種類1、無損極化：①電子式②離子式(1)電子式極化特點：極化時間很短；各種頻率下均可發(fā)生，與外加頻率無關(guān)；具有彈性，無損耗；溫度影響不大。(2)離子式極化特點：極化時間稍長；與頻率無關(guān)；彈性極化，無損；溫度對極化有影響：溫度影響：T↑→轉(zhuǎn)向容易→極化↑；T↑↑→熱運動加劇阻礙轉(zhuǎn)向→極化↓(1)偶極子極化（a）無外電場（b）有外電場2、有損極化：①偶極子②夾層極

4、化特點：極化時間較長；非彈性極化；有能耗；頻率對極化有影響；(2)夾層極化合閘瞬間：一般介質(zhì)不均勻，于是要有一電壓重新分配過程，亦即C1、C2上電荷重新分配，在此過程中，分界面上將集聚起多余的電荷，從而顯出極性來。極化結(jié)果：等值電容增大；夾層界面堆積電荷產(chǎn)生極性極化特點：與分子結(jié)構(gòu)無關(guān)；極化時間長（G很?。?；有能耗，負的溫度系數(shù)。穩(wěn)定后：各種極化類型的比較極化類型產(chǎn)生場合極化時間(s)極化原因能量損耗電子式任何電介質(zhì)10-15束縛電荷的位移無離子式離子式結(jié)構(gòu)電介質(zhì)10-13離子的相對偏移幾乎無偶極子式極性電介質(zhì)1

5、0-10～10-2偶極子的定向排列有夾層介質(zhì)界面多層介質(zhì)交界面10-1～數(shù)小時自由電荷的移動有空間電荷電極附近三、電介質(zhì)極化在工程上的意義1、組合絕緣要注意各種材料值的配合。在交流及沖擊電壓下，各層電壓分布與其成反比，選擇使各層介質(zhì)電場分布較均勻。2、選擇設(shè)備絕緣材料時，要根據(jù)不同目的選擇不同的。3、在絕緣預(yù)防性試驗中，夾層極化現(xiàn)象可用來判斷絕緣受潮的情況。電介質(zhì)的相對介電常數(shù)氣體：一切氣體的都接近1；液體：非極性和弱極性電介質(zhì)1.8～2.8強極性電介質(zhì)3～6固體：非極性和弱極性電介質(zhì)2～2.7強極性電介質(zhì)3～6

6、離子性電介質(zhì)5～82.2電介質(zhì)的電導(dǎo)電介質(zhì)電導(dǎo)分為離子電導(dǎo)、電子電導(dǎo)2、離子電導(dǎo)：本征離子電導(dǎo)：極性電介質(zhì)本身離解呈現(xiàn)的電導(dǎo)；雜質(zhì)離子電導(dǎo)：在中性和弱極性電介質(zhì)中，主要是雜質(zhì)離解呈現(xiàn)的電導(dǎo)。電導(dǎo)率表征電介質(zhì)導(dǎo)電性能的主要物理量，其倒數(shù)為電阻率。一、電導(dǎo)的分類1、電子電導(dǎo)：一般很微弱，因為介質(zhì)中自由電子數(shù)極少；如果電子電流較大，則介質(zhì)已被擊穿。3、電泳電導(dǎo)：載流子為帶電的分子團，通常是乳化態(tài)的膠體粒子（如絕緣油中懸浮膠?；蚣毿∷椋┪诫姾勺兂闪藥щ娏Ｗ?。4、表面電導(dǎo)：對固體介質(zhì)，由于表面吸附水分和污穢存在表面電導(dǎo)

7、，受外界因素的影響很大。所以，在測量體積電阻率時，應(yīng)盡量排除表面電導(dǎo)的影響，清除表面污穢、烘干水分、在測量電極上采取一定的措施。二、電介質(zhì)的泄漏電流和絕緣電阻i=i1+i2+IgI1－充電電流：無損極化對應(yīng)的純電容電流，又稱快極化電流；Ig－泄漏電流：介質(zhì)中少量離子或電子移動形成的電流，即電導(dǎo)電流。I2－吸收電流：為有損極化對應(yīng)的電流(主要為夾層極化)，又稱慢極化電流；三、影響電介質(zhì)電導(dǎo)的因素1、電壓（電場強度）：電導(dǎo)電流隨電壓增大而增大2、雜質(zhì)：雜質(zhì)是液體介質(zhì)中帶電質(zhì)點的重要來源。中性液體離子主要來源于雜質(zhì)分子

8、的離解；極性液體除雜質(zhì)外本身分子也易離解，所以同等條件下，其電導(dǎo)率比中性液體要大。（1）液體介質(zhì)：與此穩(wěn)定電流值相對應(yīng)的電阻值稱為電介質(zhì)的絕緣電阻，即（2）固體介質(zhì)：雜質(zhì)也是固體電介質(zhì)體積電導(dǎo)的重要來源，雜質(zhì)含量增大時，體積電導(dǎo)會明顯增大。固體、液體介質(zhì)的電導(dǎo)率與溫度T的關(guān)系：式中：A、B為與介質(zhì)有關(guān)的常數(shù)，其中固體介質(zhì)的常數(shù)B通常比液體介質(zhì)的B值大的多。T為絕對溫度，單