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1、Chapter 4. 液体和固体介质的电气性能液体和固体介质的电气性能内绝缘具有的特点：内绝缘具有的特点： 不受外界大气条件变化的影响；不受外界大气条件变化的影响；对包含固体介质的内绝缘，绝缘击穿对包含固体介质的内绝缘，绝缘击穿 是非自恢复的；是非自恢复的； 长时间工作下逐渐老化；长时间工作下逐渐老化；PDF 文件使用 “pdfFactory“ 试用版本创建 蕹 电介质的电气特性，表现为在电场作用下的：电介质的电气特性，表现为在电场作用下的：导电性能导电性能介电性能介电性能电气强度电气强度电导率电导率介电常数、介质损耗角正切介电常数、介质损耗角正切tg击穿场强击穿场强bEPDF 文件使用 “p
2、dfFactory“ 试用版本创建 蕹 液体和固体电介质在运行过程中会出现逐渐液体和固体电介质在运行过程中会出现逐渐 老化的现象，使它们的物理、化学性能及老化的现象，使它们的物理、化学性能及 各种电气参数发生改变，从而影响 绝缘的电各种电气参数发生改变，从而影响 绝缘的电气强度及其寿气强度及其寿命。所以命。所以对液体和固体电介对液体和固体电介 质，质，我我们不们不仅要了解仅要了解它们在强电场下的击穿它们在强电场下的击穿 特性，特性，还要了解还要了解它们在它们在弱弱电场下的电气特电场下的电气特 性，性，如极如极化、电导、损耗化、电导、损耗等。等。气体电介质的气体电介质的极极化、电导、损耗化、电导
3、、损耗很微弱很微弱，一一般可以忽略般可以忽略不不计。计。PDF 文件使用 “pdfFactory“ 试用版本创建 蕹 4.1 液体和固体介质的液体和固体介质的极极化、电导和损耗化、电导和损耗一一.电介质的电介质的极极化化(dielectric polarization) 和介电常数和介电常数1. 极极化：化：在外在外加加电场的作用下，电介质中的正、电场的作用下，电介质中的正、负负电电荷沿荷沿电场电场方向方向作有作有限位移或转向限位移或转向，形成形成电电矩（偶矩（偶极矩）极矩）PDF 文件使用 “pdfFactory“ 试用版本创建 蕹 U Q 束缚束缚电电荷荷UCQ00=CUQQQ=+=000
4、CC QQ r=相相对介电常数：对介电常数： relative dielectric constantPDF 文件使用 “pdfFactory“ 试用版本创建 注意注意： 1）是是束缚束缚电电荷荷而不是自而不是自由由电电子子 2 ）是有是有限位移限位移而不是电而不是电荷流通荷流通 3 ）内内部部电电荷荷的的总总和和仍仍为为零零，但由于但由于外电场的作用对外外电场的作用对外显显现现 电场电场力力 表表示极示极化程度的物理化程度的物理量量为为相相对介电常数 ，对介电常数 ，宏观宏观的介电常数的大的介电常数的大小小，反映了微观反映了微观的的极极化现象和强化现象和强弱。弱。 气体电介质的气体电介质的极
5、极化现象化现象比较弱比较弱，所以所以各种气体的各种气体的相相对介电常数对介电常数接近接近1，液体、固体的，液体、固体的则则各不各不相同相同， 与温与温度、电度、电源频源频率有率有关。关。rrPDF 文件使用 “pdfFactory“ 试用版本创建 蕹 0=E 0E电电子式极子式极化化2. 电介质的电介质的极极化种化种类类特点：特点：存存在在于一于一切电介质，切电介质，极极化化所需所需时间时间短短， 不， 不随频随频率变化；率变化；极极化具有化具有弹弹性，不损耗能性，不损耗能量量rPDF 文件使用 “pdfFactory“ 试用版本创建 蕹 离子式极离子式极化化特点：特点：存存在在于离子结构于离
6、子结构电介质中，电介质中，极极化化所需所需时间时间也很短也很短； 极极化具有化具有弹弹性，性，无无能能量量损耗；损耗； 随温随温度度升高升高而而增增大大rEPDF 文件使用 “pdfFactory“ 试用版本创建 I 剛I 0=E 0E偶极子极偶极子极化化特点：特点：存存在在于极于极性电介质中，性电介质中，极极化化所需所需时间时间较较长，长，与与电电源频源频率有率有很很大大关系关系；极极化化消消耗能耗能量量；温温度过度过高或高或过过低低， 都都会会减小减小rrPDF 文件使用 “pdfFactory“ 试用版本创建 蕹 夹层夹层极极化化3. 讨论讨论电介质电介质极极化的化的意意义义（）不不同同
7、应应用场用场合合，对，对r 大大小小的的要要求求不不同同（）在在交交流流及及冲冲击电击电压压作用下，作用下，多层串联多层串联介质场强介质场强与与r 成反比成反比，要注意要注意各种各种材料材料的的r值值的的配合配合；（3）极）极化化类类型型影响介质损耗，从而影响绝缘影响介质损耗，从而影响绝缘劣劣化和化和热热击穿击穿特点：特点： 存存在在于于复复合合介质、不介质、不均匀均匀介质中；介质中；极极化过程化过程很很缓慢缓慢 ，只只在在直直 流流 和和低频低频交交流流下表现出下表现出来来；极极化化伴伴随随着着能能量量损耗损耗PDF 文件使用 “pdfFactory“ 试用版本创建 !蕹 二二. 电介质的电
8、导电介质的电导(electrical conduction)1. 定义定义：在电场的作用下，：在电场的作用下，由由带带电质点电质点沿沿电场电场方向方向 移移动动而而形成形成电导电电导电流流 要要点：点： 带带电质点电质点主主要要是是离子离子，也也称称离子式离子式电导电导 指标指标：用电导率：用电导率(s/)表表示示绝缘绝缘材料材料的电的电阻阻率率：1081020m导体的电导体的电阻阻率率：10- 810- 4m半半导体的电导体的电阻阻率：率：10- 4107m电电阻阻率率/1=PDF 文件使用 “pdfFactory“ 试用版本创建 蕹 2.电介质电导电介质电导与与金属金属电导的电导的区别区别
9、TBAe/=液体和固体电介质的液体和固体电介质的与温与温度的度的关系关系：带带电质点：电介质中为电质点：电介质中为离子（离子（固有固有离子离子，杂杂质质离子）离子）； 金属金属中为自中为自由由电电子子数数量量级级：电介质的：电介质的小小，泄漏泄漏电电流小流小；金属金属的电导电的电导电流很流很大大电导电电导电流流影响影响因素因素：电介质中：电介质中由离子由离子数数目决定目决定，对，对所所含含杂杂质质、 温温度度很很敏感敏感；金属金属中中主主要由要由外外加加电电压决定压决定，杂杂质、质、温温度不是度不是主主要要因素因素温温度度 热 热运运动动加加剧剧离子离子迁迁移移率率 介质介质分分子或子或杂杂质
10、质热热离解离解电介质的电电介质的电阻阻率具有率具有负负的的温温度度系系数；数；金属金属的电的电阻阻率具有正的率具有正的温温 度度系系数数。PDF 文件使用 “pdfFactory“ 试用版本创建 蕹 4. 固体电介质的体固体电介质的体积积电电阻阻和表和表面面电电阻阻体体积积电电阻阻电介质内电介质内部部绝缘绝缘状态状态的的真实真实反映反映表表面面电电阻阻受介质表受介质表面吸附面吸附的的水分水分和和污秽污秽影响影响水分起着水分起着特特别重别重要要作用作用。 亲水亲水性介质性介质（玻璃玻璃、陶瓷陶瓷）表表面面电导大电导大 憎水憎水性介质性介质（石蜡石蜡、四氟乙烯四氟乙烯、聚苯乙烯聚苯乙烯）表表面面电
11、导电导小小PDF 文件使用 “pdfFactory“ 试用版本创建 蕹 三三.电介质的损耗电介质的损耗(dielectric loss)任何任何电介质在电场作用下电介质在电场作用下都都有能有能量量损耗，包损耗，包括括由由电导电导引引起起的损耗和的损耗和由由某些某些极极化过程化过程引引起起的损耗的损耗。电介电介质的能质的能量量损耗损耗简简称称介质损耗介质损耗。1. 介质损耗的含介质损耗的含义义PDF 文件使用 “pdfFactory“ 试用版本创建 蕹 2. 电介质的电介质的三支路三支路等等值值电电路路u1i1C2R2C3R2i3i321iiii+=C1无无损损极极化化 C2- R2有损有损极极
12、化化 R3电导损耗电导损耗PDF 文件使用 “pdfFactory“ 试用版本创建 ! 0)(sti1i3i2ii吸吸收曲线收曲线3. 电介质在电介质在直直流流电电压压作用下的作用下的吸吸收收现象现象321iiii+= | 充充 电电 电电 流流| 吸吸 收收 电电 流流| 泄泄 漏漏 电电 流流PDF 文件使用 “pdfFactory“ 试用版本创建 剛I蕹 U I1IRI2CI23 I2 I 4. 介质损耗角正切介质损耗角正切tg交交流流电电压压作用下的作用下的向量向量图图：PDF 文件使用 “pdfFactory“ 试用版本创建 蕹 并并联联等等值值电电路路：CRIII += UpCp
13、RRICI U ICIRI PDF 文件使用 “pdfFactory“ 试用版本创建 蕹 并并联联电电路路中：中：pRRUI=pCCUI=tgCUtgUIUIPpCR2=ppppCR RCCURUIItg1/=由相量由相量图图：PDF 文件使用 “pdfFactory“ 试用版本创建 蕹 srsC I U串联串联等等值值电电路路： IrU UCUPDF 文件使用 “pdfFactory“ 试用版本创建 蕹 串联串联电电路路中：中： 由相量由相量图图： ss ssCrrCCIIr UUtg=/ 2222222222 21)(1)1(tgtgCU rCrCUrCrUrZUrIPssssssssss
14、+=+= += =PDF 文件使用 “pdfFactory“ 试用版本创建 蕹 比较比较并并、串联串联电电路路中中P、 tg表表达达式可式可得到得到：1E0时，气体介质发生电时，气体介质发生电离离，tg随随电电压压升高升高急急剧剧增加增加，多多发生在液体和固体介质中含气发生在液体和固体介质中含气泡泡的场的场合合液体电介质液体电介质中性中性或弱极或弱极性：性：主主要要是电导损耗，是电导损耗， tg较小较小，随温随温度的度的升高升高按按指指数数规律规律增增大大 极极性介质： 包性介质： 包括括电导损耗和电导损耗和极极化损耗，化损耗， tg与温与温度、度、频频率、率、外外加加电电压压有有关关PDF 文件使用 “pdfFactory“ 试用版本创建 I 剛I 无无机机绝
