電介質(zhì)的極化電導(dǎo)與損耗特性

1、3.1 電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)(din do)與損耗 電氣特性極化(j hu)電導(dǎo)損耗電介質(zhì)等效電路 共二十五頁(yè)3.1.1 電介質(zhì)的極化(j hu) 極化現(xiàn)象 ：造成電容量增加 ！極化的原因在外加電場(chǎng)的作用下，介質(zhì)中原來(lái)彼此中和的正、負(fù)電荷產(chǎn)生了位移，形成(xngchng)電矩，使介質(zhì)表面出現(xiàn)了束縛電荷，極板上電荷增多，并造成電容量增大極化的影響因素形態(tài)（氣液固）、溫度、電場(chǎng)頻率等極化的基本形式電子式、離子式、偶極子轉(zhuǎn)向、夾層介質(zhì)界面、空間電荷極化等共二十五頁(yè)1）電子式極化(j hu) 電子軌道受到外電場(chǎng)的作用時(shí)，相對(duì)(xingdu)于原子核產(chǎn)生位移，原子中正、負(fù)電荷的作用中心不再重合極化強(qiáng)度與正

2、、負(fù)電荷作用中心間的距離成正比，且隨外電場(chǎng)的增強(qiáng)而增大特點(diǎn)極化所需的時(shí)間極短，約10-15s具有彈性，當(dāng)外電場(chǎng)去掉后，依靠正、負(fù)電荷間的吸引力，作用中心又馬上重合，整體呈現(xiàn)非極性，沒(méi)有損耗溫度的影響不大，溫度升高時(shí)，r略為下降 共二十五頁(yè)絕緣(juyun)-+絕緣(juyun)共二十五頁(yè)2）離子(lz)式極化 發(fā)生在離子式結(jié)構(gòu)，如云母、陶瓷材料等，正、負(fù)離子的作用中心發(fā)生偏移 特點(diǎn)所需的時(shí)間也很短，約10-13s彈性極化，幾乎沒(méi)有損耗 溫度對(duì)極化存在一定影響(yngxing)，r一般具有正的溫度系數(shù) 共二十五頁(yè)離子(lz)式極化示意圖共二十五頁(yè)3）偶極子轉(zhuǎn)向(zhunxing)極化 存在于極性

3、電介質(zhì)中（具有永久性偶極矩 ）無(wú)外電場(chǎng)時(shí)，分子無(wú)序排列，不呈現(xiàn)極性；在電場(chǎng)作用下，順電場(chǎng)方向定向排列，示出極性特點(diǎn)極化所需的時(shí)間也較長(zhǎng)，約10-1010-2s（頻率有影響-） 非彈性，消耗(xioho)能量溫度對(duì)極性介質(zhì)的r有很大的影響低-適當(dāng)范圍+高- 共二十五頁(yè)偶極子轉(zhuǎn)向(zhunxing)極化示意圖共二十五頁(yè)4）夾層介質(zhì)(jizh)界面極化 夾層電介質(zhì)（不均勻電介質(zhì)）中各層中的電位分布最初和最終不同，造成(zo chn)交界面上的電荷的移動(dòng)和積累特點(diǎn)過(guò)程特別緩慢，一般在10-1s以上，甚至數(shù)小時(shí)伴有介質(zhì)損耗 共二十五頁(yè)5）空間電荷極化(j hu) 介質(zhì)內(nèi)的正、負(fù)自由離子改變分布狀況(zh

4、ungkung)，在電極附近形成空間電荷特點(diǎn)緩慢進(jìn)行 消耗能量 共二十五頁(yè)名 稱(chēng)產(chǎn)生極化的地方、特征到達(dá)平衡的時(shí)間發(fā)生極化的原因電子式極化離子式極化偶極子極化夾層介質(zhì)界面極化空間電荷極化任何物質(zhì)的原子中離子組成的物質(zhì)極性分子組成的物質(zhì)多層介質(zhì)的交界面電極附近10-15（s）10-13（s）10-1010-1（s）10-1s數(shù)小時(shí)束縛電荷的位移自由電子的移動(dòng)電介質(zhì)極化(j hu)的本質(zhì)：在外加電場(chǎng)作用下，極化介質(zhì)內(nèi)部形成反電場(chǎng)，通過(guò)向電極補(bǔ)充電荷以抵消反電場(chǎng)的作用，從而增加了電容量，并可能消耗能量！ 共二十五頁(yè)材料類(lèi)別名 稱(chēng)相對(duì)介電常數(shù)，r(工頻，20)氣體介質(zhì)（1.0132105 Pa）空氣1

5、.00058液體介質(zhì)弱極性變壓器油硅有機(jī)液體2.22.52.22.8極性蓖麻油氯化聯(lián)苯4.54.65.2強(qiáng)極性丙酮酒精水223381固體介質(zhì)中性或弱極性石蠟聚苯乙烯聚四氟乙烯松香2.02.52.52.62.02.22.52.6極性纖維素膠木聚氯乙烯6.54.53.03.5離子性云母電瓷575.56.5工程意義：1)選擇電容器絕緣材料2）減小電纜(dinln)充電電流3）改善電場(chǎng)分布4）判斷絕緣狀態(tài)共二十五頁(yè)3.1.2 電介質(zhì)的電導(dǎo)(din do) 離子電導(dǎo) 工程上電介質(zhì)總含有一些雜質(zhì)離子在電場(chǎng)或外界因素影響下，離解成正負(fù)離子電子電導(dǎo)電介質(zhì)中的自由電子是電離產(chǎn)生的出現(xiàn)(chxin)電子電導(dǎo)電流時(shí)

6、，表明電介質(zhì)已被擊穿電介質(zhì)的電導(dǎo)一般是指離子性電導(dǎo) 共二十五頁(yè)3.1.2.1 電介質(zhì)的電導(dǎo)率、電阻率 電導(dǎo)性能(xngnng)常用電導(dǎo)率或電阻率表示固體電介質(zhì)的電阻率體積電阻率：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度的正方體的電介質(zhì)中，所測(cè)得的其兩相對(duì)面上的電阻表面電阻率：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度的正方形表面積上，相對(duì)兩邊之間測(cè)得的電阻 共二十五頁(yè)體積電阻(dinz)測(cè)量圖AdIsISIV?表面電阻測(cè)量圖Ald共二十五頁(yè)3.1.2.2 液體(yt)電介質(zhì)的電導(dǎo) 離子電導(dǎo)電介質(zhì)分子或雜質(zhì)分子離解而成的離子 電泳電導(dǎo) 較大的膠體吸附電荷(dinh)后，變成帶電質(zhì)點(diǎn) 中性和弱極性的液體電介質(zhì)電導(dǎo)率小極性和強(qiáng)極性液體電介質(zhì)電導(dǎo)率大，故不宜作為絕緣

7、材料（水）電導(dǎo)率與溫度間具有指數(shù)關(guān)系測(cè)絕緣電阻時(shí)，必須注意溫度 共二十五頁(yè)3.1.2.3 固體介質(zhì)(jizh)的電導(dǎo) 離子電導(dǎo)雜質(zhì)離子起主要作用(zuyng)電子電導(dǎo)電導(dǎo)與外施場(chǎng)強(qiáng)E關(guān)系密切 表面電導(dǎo)主要決定于表面吸附導(dǎo)電雜質(zhì)的能力及其分布狀態(tài)親水性電介質(zhì) ：云母，玻璃，纖維材料 憎水性電介質(zhì)：石蠟，聚苯乙烯 預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)要注意絕緣表面的影響！共二十五頁(yè)固體介質(zhì)電導(dǎo)(din do)電流密度與外加場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系共二十五頁(yè)3.1.3 電介質(zhì)的能量(nngling)損耗 介質(zhì)損耗(snho)電導(dǎo)損耗有損極化W=P+jQ=U(Ir+jIC)=U Ir+j UIC介質(zhì)損失角的正切tg：衡量介質(zhì)的損耗特性 共

8、二十五頁(yè)氣體介質(zhì)的損耗 無(wú)碰撞電離時(shí)，損耗由電導(dǎo)引起(ynq)，損耗極小發(fā)生放電時(shí)，損耗劇增（如電線上的電暈損耗 ）液體介質(zhì)的損耗 中性或弱極性介質(zhì)：損耗主要起因于電導(dǎo)，較小 極性 ：電導(dǎo)和極化損耗損耗與溫度的關(guān)系比較復(fù)雜固體介質(zhì)的損耗 四類(lèi)：分子式、離子式、不均勻結(jié)構(gòu)和強(qiáng)極性損耗情況比較復(fù)雜 損耗與溫度密切相關(guān)（與電導(dǎo)相似） 共二十五頁(yè)液體(yt)介質(zhì)損耗與溫度的關(guān)系1：f12: f2干紙的損耗與溫度的關(guān)系(gun x)其中：11kHz210kHz3100kHz共二十五頁(yè)3.1.4 電介質(zhì)的一般(ybn)等值電路 C0反映電子式和離子式無(wú)損極化（含真空(zhnkng)中對(duì)應(yīng)的電容）C，、r支

9、路反映有損極化R反映電導(dǎo)損耗等值電路是一般性的，重在描述電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)、損耗三種電氣特性不同的絕緣結(jié)構(gòu)，參數(shù)之間的關(guān)系變化很大（瓷、油紙）絕緣C0C/rRCxRxIRxICx（a）（b）（c）共二十五頁(yè)電介質(zhì)等值電路(dinl)的說(shuō)明等值電路是一般性的，重在描述電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)、損耗三種電氣特性不同的絕緣結(jié)構(gòu)，參數(shù)之間的關(guān)系變化很大瓷絕緣子主要(zhyo)表現(xiàn)為電阻特性油紙絕緣往往表現(xiàn)出電容特性絕緣預(yù)防性試驗(yàn)的諸多項(xiàng)目就是測(cè)量等值電路所對(duì)應(yīng)的參數(shù)瓷絕緣子的絕緣電阻電容式套管的電容量共二十五頁(yè)液體(yt)介質(zhì)的擊穿共二十五頁(yè)內(nèi)容摘要3.1 電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)與損耗。形態(tài)（氣液固）、溫度、電場(chǎng)頻率(pnl)等。電子式、離子式、偶極子轉(zhuǎn)向、夾層介質(zhì)界面、空間電荷極化等。極化強(qiáng)度與正、負(fù)電荷作用中心間的距離成正比，且隨外電場(chǎng)的增強(qiáng)而增大。溫度對(duì)極化存在一定影響，r一般具有正的溫度系數(shù)。極化所需的時(shí)間也較長(zhǎng)，約10-1010-2s（頻率(pnl)有影響-）。溫度對(duì)極性介質(zhì)的r