哈工大高电压技术 1 液体和固体介质的极化、电导和损耗.ppt

在低温时，极化损耗和电导损耗都较小，随着温度的升高，液体的粘度减小，偶极子转向极化增加，电导损耗也在增大，所以总的 亦上升，并在t＝t1时达到极大值； （2）极性液体介质 在t1tt2的范围内，由于分子热运动的增强妨碍了偶极子沿电场方向的有序排列，极化强度反而随温度的上升而减弱，由于极化损耗的减小超过了电导损耗的增加，所以总的 曲线随t的升高而下降，并在t=t2时达到极小值。 在tt2以后，由于电导损耗随温度急剧上升、极化损耗不断减小而退居次要地位，因而 就随时间t的上升而持续增大。 3.固体介质损耗 (1)无机绝缘材料：云母、陶瓷、玻璃 云母：由电导引起损耗，介质损耗小，耐高温性能好，是理想的电机绝缘材料，但机械性能差； 电工陶瓷：既有电导损耗，又有极化损耗；20oC和50Hz时, ＝2％～5％； 玻璃：电导损耗＋极化损耗，损耗与玻璃成分有关。 (2)有机绝缘材料 可分为非极性和极性 非极性有机电介质：只有电子式极化，损耗取决于电导；其 与频率几乎无关 极性有机电介质：极化损耗使总损耗较大；其 与温度、频率的变化关系与极性液体介质相似 讨论介质损耗的意义 设计绝缘结构时，应注意绝缘材料的tg? 值。若tg? 过大会引起严重发热，使材料劣化，甚至可能导致热击穿 在绝缘试验中，tg? 的测量是一项基本测试项目。当绝缘受潮劣化或含有杂质时，tg? 将显著增加，绝缘内部是否存在局部放电，可通过测tg? —U 的关系曲线加以判断 小 结 电介质的极化 电子式极化 离子式极化 偶极子式极化 夹层介质界面极化 电介质的电导为表征电介质导电性能的主要物理量 电介质的损耗为在电场作用下电介质中的能量损耗 * 在电气作用下，电介质中出现的电气特性可分为两大类： 弱电场：电场强度比击穿场强小得多 电介质的极化、电导、介质损耗等电气特性 强电场：电场强度等于或大于起始放电场强或击穿场强 电介质的放电、闪络、击穿特性 第二章 液体和固体介质的电气特性 电介质的电气特性表现在电场作用下的（液体、固体） 导电性能 介电性能 电气强度 液体和固体介质广泛用作电气设备的内绝缘。 常用的液体和固体介质： 液体介质：变压器油、电容器油、电缆油 固体介质：绝缘纸、纸板、云母、塑料、电瓷、玻璃、硅橡胶 第一节 电介质的极化、电导和损耗 电介质的极化 电介质的电导 电介质的损耗 一、电介质的极化 电介质的极化：电介质在电场作用下，正负电荷的定向移动 图6.1 极化现象 （a）电极间为真空（b）电极间有固体介质 在外施电场作用下，此固体介质中原来彼此中和的正、负电荷产生了位移，形成电距，使介质表面出现了束缚电荷，相应地便在极板上另外吸住了一部分电荷Q’，所以极板上电荷增多，并造成电容量增大 放置固体介质时,电容量将增大为: 相对介电常数： ε0---真空的介电常数 ε ---介质的介电常数 εr---介质的相对介电常数 A ---极板面积，cm2 d ---极间距离，cm εr是反映电介质极化特性的一个物理量。 图6.1 极化现象 （a）电极间为真空（b）电极间有固体介质 对于平行平板电容器，极间为真空时： 可见，气体εr接近于1，液体和固体的εr各不相同，大多在2～6之间。 (一)电子式极化 在外电场 的作用下，介质原子中的电子轨道将相对于原子核发生弹性位移。正负电荷作用中心不再重合而出现感应偶极矩 ，其值为 ,（矢量 的方向为由－q指向＋q）。这种极化称为电子式极化或电子位移极化。 图6-2 电子式极化 电子式极化存在于一切电介质中，它的特点： 完成极化需要的时间极短，10-15s； 外场消失，整体恢复中性，所以这种极化不产生能量损耗，不会使介质发热； 其介电系数有负的温度系数，但温度影响极小，工程上忽略。 (二) 离子式极化 固体有机化合物大多属离子式结构，无外电场时，晶体的正、负离子对称排列，各个离子对的偶极矩互相抵消，故平衡极矩为零。 图6-3 离子式极化 在出现外电场后，正、负离子将发生方向相反的偏移，使平均偶极矩不再为零，介质呈现极化。 离子式极化的特点： 1、离子相对位移有限，外电场消失后即恢复原状； 2、所需时间很短，其几乎与外电场频率无关。 图6-3 电子式极化 温度对离子式极化的影响： 2、离子的密度随温度的升高而减小，使极化程度减弱。 通常前一种影响较大，故其 一般具有正的温度系数。 1、离子间的结合力会随温度的升高而减小，从而使极化程度增强； (三)偶极子式极化 极性电介质：偶极子是正、负电荷作用中心不重合的分