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1、高电压技术,High Voltage Technology,第二章 液体、固体介质的电气特性,电介质(dielectric)： -在电场中能产生极化的物质，指通常条件下导电性能极差、在电力系统用作绝缘的材料。 -极化是指物质中电荷分离形成耦极子的过程,电介质从贮存电能的角度看 绝缘材料从隔离电流角度看,1 电介质的极化、电导和损耗,一.电介质的极化(dielectric polarization) 和介电常数,1. 极化：在外加电场的作用下，电介质中的正、负电荷沿电场方向作有限位移或转向，形成电矩（偶极矩）,2. 电介质的极化种类,特点：存在于一切电介质，极化所需时间短， 不随频率变化； 极化
2、具有弹性，不损耗能量,离子式极化,特点：存在于离子结构电介质中，极化所需时间也很短； 极化具有弹性，无能量损耗； 随温度升高而增大,有些电介质具有固有的电矩，即正、负电荷作用中心永不重合，这种分子称为极性分子，这种电介质称为极性电介质，例如胶木、橡胶、纤维素、蓖麻油、氯化联苯等。,每个极性分子都是偶极子，具有一定的电矩，但当不存在外电场时，这些偶极子因热运动而杂乱无序地排列着，宏观电矩等于零，整个介质对外并不表现出极性,出现外电场后偶极子沿电场方向转动，作较有规则的排列， 因而显出极性，这种极化称为偶极子极化或转向极化。,频率太高时偶极子将来不及转动，因而其r 值变小。温度对极性电介质r 值也
3、有很大的影响。因为温度较低时分子间的联系紧密，偶极子转动困难。所以r 很小。温度升高后分子热运动加剧，阻碍极性分子沿电场取向，使极化减弱。所以液体固体的r 在低温下先随温度的升高而增大，以后当热运动变的较强烈时，r 又开始随温度的上升而减小。,特点：存在于极性电介质中，极化所需时间较长， 与电源频率有很大关系；极化消耗能量； 温度过高或过低， 都会减小,空间电荷极化(夹层极化),3. 讨论电介质极化的意义 （）不同应用场合，对r 大小的要求不同 （）在交流及冲击电压作用下，多层串联介质场强与r 成反比，要注意各种材料的 r值的配合； （3）极化类型影响介质损耗，从而影响绝缘劣化和热击穿,特点：
4、 存在于复合介质、不均匀介质中；极化过程很缓慢 ，只在直流 和低频交流下表现出来；极化伴随着能量损耗,为便于比较，将上述各种极化列为下表,二. 电介质的电导(electrical conduction),定义：在电场的作用下，由带电质点沿电场方向 移动而形成电导电流 要点： 带电质点主要是离子，也称离子式电导 指标：用电导率(s/)表示,电阻率,2.电介质电导与金属电导的区别,3.液体和固体电介质的与温度的关系：,带电质点：电介质中为离子（固有离子，杂质离子）； 金属中为自由电子 数量级：电介质的小，泄漏电流小；金属的电导电流很大 电导电流影响因素：电介质中由离子数目决定，对所含杂质、 温度很
5、敏感；金属中主要由外加电压决定，杂质、温度不是 主要因素,温度 热运动加剧离子迁移率 介质分子或杂质热离解,4. 固体电介质的体积电阻和表面电阻,体积电阻电介质内部绝缘状态的真实反映 表面电阻受介质表面吸附的水分和污秽影响,水分起着特别重要作用。 亲水性介质（玻璃、陶瓷）表面电导大 憎水性介质（石蜡、四氟乙烯、聚苯乙烯） 表面电导小,三.电介质的损耗(dielectric loss),任何电介质在电场作用下都有能量损耗，包括由电导引起的损耗和由某些极化过程引起的损耗。电介质的能量损耗简称介质损耗。,1. 介质损耗的含义,2. 电介质的三支路等值电路,C1无损极化 C2-R2有损极化 R3电导损
6、耗,吸收曲线,3. 电介质在直流电压作用下的吸收现象,4. 介质损耗角正切tg,交流电压作用下的向量图：,介质损耗角 为功率因数角 的余角，其正切 tg 又可称为介质损耗因数，常用百分数（%）来表示。,并联等值电路：,并联电路中：,由相量图：,5. 用tg作为综合反映介质损耗特性优劣的指标,理由：介质损耗P值和试验电压U、试品等值电容量、电源频率等许多因素有关，而tg 是一个仅取决于材料本身的损耗特征而与上述种种因素无关的物理量。,tg 的增大，意味着介质绝缘性能变差，实践中常通过测量tg来判断设备绝缘的好坏。,一切电介质的电气强度都是有限的，超过某种限度，电介质就会丧失其原有的绝缘性能，甚至
7、演变成导体。,在电场的作用下，电介质中出现的电气现象： 在弱电场下，主要有极化、电导、介质损耗等 2. 在强电场下，主要有放电、闪络、击穿等,一. 常用的液体介质,二. 液体电介质的击穿理论,目前常用的主要有变压器油、电容器油、电缆油等矿物油,电击穿：认为在电场作用下，阴极上由于强场发射或热发射出来的电子产生碰撞电离形成电子崩，最后导致液体击穿,4.1 液体电介质的击穿,气泡击穿：认为液体分子由电子碰撞而产生气泡，或在电场作用下因其它原因产生气泡，由气泡内的气体放 电，产生电和热而引起液体击穿。,液体中气泡产生的原因： 油中易挥发的成分； 阴极的强场发射或热发射的电子电流加热液体介质，分解出气体； 溶解于油中的外来气体； 由电场加速的电子碰撞液体分子，使液体分子解离产生气体； 电极上尖的或不规则的凸起物上的电晕放电引起液体气化,
