电介质的极化、电导和损耗

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 介质的极化、电导和损耗(1),液体和固体介质广泛用作电气设备的内绝缘。,常用的,液体,介质,：,变压器油、电容器油、电缆油,常用的,固体,介质,：,绝缘纸、纸板、云母、塑料、电瓷、玻璃、硅橡胶,电介质分类：,按状态分,气体,、,液体,和,固体,三类,气体介质广泛用作电气设备的外绝缘；,导电性能,介电性能,电气强度,电导率,(,绝缘电阻率,),介电常数,介质损耗角正切,tan,击穿电场强度,电介质的电气特性表现在电场作用下的：,表征参数：,本次课程的目的要求:,1、掌握极化、电导(绝缘电阻)的概念,2,、能说明极化的种类和特点,3,、,能解释吸收现象,4,、能说明介质电导形成的原因及影响因素,2.1 电介质的极化,一、介质的极化和介电常数,1、极化定义,电介质在电场作用下，其束缚电荷相应于电场方向产生弹性位移现象和偶极子的取向现象。,2、介电常数,表示极化强弱的一个物理量。,以真空平板电容器为例分析：,极化前：,极化后：,是反映电介质极化特性,的一个物理量。,与温度有关,气体 接近于,1,，因密度小、极化率低；液体和固体多在,2,6,之间。,用于电容器的绝缘材料，希望选用 大的介质，可使单位电容的体积和重量减小。,其他电气设备中总是选 较小的介质，因介质损耗较小。,采用 较小绝缘材料可减小电缆的充电电流、提高套管的沿面放电电压等。,采用组合绝缘时应注意,各种材料 值之间的配合，在,交流电压下，串联多层介质的场强分布与,介质的 成反比。,为保持场强不变，极板上电荷必然会增加，以抵消极化电荷,产生的反电场.,二、极化种类,1、无损极化：,电子式 离子式,(1)电子式极化,特点：,极化时间很短；,各种频率下均可发生，,与外加频率无关；,具有弹性，无损耗；,温度影响不大。,(2)离子式极化,特点：,极化时间稍长；,与频率无关；,弹性极化，无损；,温度对极化有影响：,温度影响：T转向容易极化；T热运动加剧阻碍转向极化,(1)偶极子极化,（a）无外电场（b）有外电场,2、有损极化：,偶极子 夹层极化,特点：,极化时间较长；,非弹性极化；,有能耗；,频率对极化有影响；,(2)夹层极化,合闸瞬间：,一般介质不均匀，于是要有,一电压重新分配过程，亦即,C,1,、C,2,上电荷重新分配，在,此过程中，分界面上将集聚,起多余的电荷，从而显出极,性来。,极化结果,：,等值电容增大；夹层界面堆积电荷产生极性,极化特点：,与分子结构无关；极化时间长（,G很小）,；,有能耗,，负的温度系数。,稳定后：,各种极化类型的比较,极化类型,产生场合,极化时间(s),极化原因,能量损耗,电子式,任何电介质,10,-15,束缚电荷的位移,无,离子式,离子式结构电介质,10,-13,离子的相对偏移,几乎无,偶极子式,极性电介质,10,-10,10,-2,偶极子的定向排列,有,夹层介质界面,多层介质,交界面,10,-1,数小时,自由电荷的移动,有,空间电荷,电极附近,三、电介质极化在工程上的意义,1、组合绝缘要注意各种材料,值的配合。,在交流及冲击电压下，各层电压分布与其 成反比，选择 使各层介质电场分布较均匀。,2、选择设备绝缘材料时，要根据不同目的选择不同的 。,3、在绝缘预防性试验中，夹层极化现象可用来判断绝缘受潮的情况。,电介质的相对介电常数,气体：一切气体的都接近1；,液体：非极性和弱极性电介质 1.82.8,强极性电介质 36,固体：非极性和弱极性电介质 22.7,强极性电介质 36,离子性电介质 58,2.2 电介质的电导,电介质电导分为,离子电导,、,电子电导,2、离子电导：,本征离子电导：,极性电介质本身离解呈现的电导；,杂质离子电导：,在中性和弱极性电介质中，主要是杂质离解呈现的电导。,电导率表征电介质导电性能的主要物理量，其倒数为,电阻率,。,一、电导的分类,1、电子电导：,一般很微弱，因为介质中自由电子数极少；,如果电子电流较大，则介质已被击穿。,3、电泳电导：,载流子为带电的分子团，通常是乳化态的胶体粒子（如绝缘油中悬浮胶粒或细小水珠）吸附电荷变成了带电粒子。,4、表面电导：,对固体介质，由于表面吸附水分和污秽存在,表面电导,，受外界因素的影响很大。所以，在测量体,积电阻率,时，应尽量排除表面电导的影响，清除表面污秽、烘干水分、在测量电极上采取一定的措施。,二、电介质的泄漏电流和绝缘电阻,i=i,1,+i,2,+I,g,I,1,充电电流,：无损极化对应的,纯电容电流，又,称快极化电流,；,I,g,泄漏电流,：,介质中少量离子或电子移动形成的电流，即,电导电流,。,I,2,吸收电流,：为有损极化对应,的电流(主要为,夹层极化,)，又称,慢极化电流,；,三、影响电介质电导的因素,1、电压（电场强度）：,电导电流随电压增大而增大,2、杂质：,杂质是液体介质中带电质点的重要来源。,中性液体离子主要来源于杂质分子的离解；,极性液体除杂质外本身分子也易离解，所以同等条件 下，其电导率比中性液体要大。,（1）液体介质：,与此稳定电流值相对应的电阻值称为电介质的,绝缘电阻,，即,（2）固体介质：,杂质也是固体电介质体积电导的重要来源，,杂质含量增大时，体积电导会明显增大。,固体、液体介质的电导率与温度,T,的关系：,式中：,A,、,B,为与介质有关的常数，其中固体介质的常数,B,通常比液体介质的,B,值大的多。,T,为绝对温度，单位为,K,。该式表明,介质的电导随温度,T,按指数规律上升。,3、温度：,四、绝缘电阻的特点,(1),测量介质或设备的 时应加压,1,或,10,分钟；,中性或弱极性固体介质的体积电导主要由杂质离解引起；,极性固体介质除此外本身分子离解为自由离子也是形成,体积电导的主要因素。,(2)具有,负的温度系数,，而,金属电阻具有正的温度系数,；,五、电介质电导的工程意义,1、电导是绝缘预防性试验的依据；,2、直流电压作用下分层绝缘时，各层电压分布与电阻成正比，选 择合适的电阻率可实现各层间合理分压；,3、注意环境、湿度对固体介质表面电阻的影响；,4、工程上有时要设法减小绝缘电阻以改善电压分布。,(4)对于固体电介质，还必须注意区分体积电阻R,V,和表面电阻R,S,，由于受外界影响(如受潮、胀污等)很大，不能用R,S,来说明绝缘内部问题。,(3)由于 与外加电压有关，在临近击穿时有显著的迅速增加自由电子的导电现象，造成 剧烈下降；,思考题,1-1、1-5、1-6,补充思考题：,金属材料的电导与电介质电导的区别是什么？,