修改版-電介質極化與介電常數課件

電介質的電氣性能電氣絕緣性質：1：導電性（電阻率或電導率） ：加壓后有微小電流導通：希望能保持住電壓

2：絕緣擊穿（擊穿電壓或擊穿場強）：達到某電壓時電流急劇增大，絕緣體變成導體電介質性質：3：介質極化（相對介電常數）：介質在電場中電荷中心重新分布，對外顯電性

4：介電損耗（介質損耗角δ或其正切tgδ）：達當施加交流電壓時，物質內部電荷往復運動、吸收電源能量、發(fā)熱前言1：絕緣體的四大性質前言2：電介質介電常數對電場分布的影響Na11281離子結構電介質

(巖鹽)

NaCl共價鍵+

中性共價鍵極性共價鍵

H+=H第一大性質：電介質的極化及介電常數電場強度E電位移矢量D極化強度P

電介質原先不顯電性，放入到電場時，由于電場的作用電介質內部物理結構發(fā)生變化，結果導致電介質內部電荷分布發(fā)生變化，出現束縛電荷，整體上對外顯現電性。這個過程稱作極化一、極化現象1：電偶極子(dipole)：相距很近的兩個極性相反量值相等的電荷：對外產生電場2：電偶極距：p＝q×d:表示電偶極子的特性3：極化強度：單位體積內的電偶極距：P。4：極化：電介質在電場中產生電偶極子并使其方向與外電場方向一致、或使原來就有的電偶極子轉向與外電場方向一致二、極化概念-q+qd 1：電子位移極化 2：離子位移極化 3：轉向極化

4：空間電荷極化（包括夾層介質界面極化）三、極化類型

在外電場作用下，正、負離子發(fā)生偏移，使整個分子呈現極性，正負離子的中心之間產生電矩，稱離子的位移極化極化機理：2：離子位移極化1、范圍：由離子鍵構成的電介質中2、能耗：具有彈性，當外電場去掉后，依靠正、負電荷間的吸引力，作用中心又馬上會重合，對外不顯電性。有微量能量損耗3、與頻率關系：極化完成時間約為l0-12-10-13s，當交變電場的頻率低于紅外線光頻率，離子位移極化與頻率無關4、與溫度關系：溫度對離子式極化的影響，存在著相反的兩種因素；即離子間結合力隨溫度升高而降低，使極化程度增加；但離子的密度隨溫度升高而減小，則使極化程度降低。通常前一種因素影響較大5、與場強關系：極化程度與電場強度成正比2：離子位移極化特點：

在外電場作用下，原來雜亂分布的極性分子（電偶極子）順電場方向定向排列，對外顯示出極性，稱極性分子的轉向極化極化機理：(a)無外電場E=0-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+(b)有外電場

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-E+-3：轉向極化高電壓設備的絕緣由幾種不同的材料組成，或介質不均勻，這種情況會出現“夾層介質界面極化”現象。合閘時：穩(wěn)態(tài)時：當：則：

存在電壓從新分配，電荷在介質空間從新分布，夾層界面出現電荷堆積，從而對外顯電性極化機理：4：夾層極化1、范圍：出現在電纜、電容器、旋轉電機、變壓器、互感器、電抗器等復合絕緣中2、能耗：電流流過電導，有能量損耗3、與頻率關系：只在低頻下有意義，夾層界面上電荷的堆積是通過介質電導G完成的，其過程很緩慢，它的形成時間從幾十分之—秒到兒分鐘，甚至有長達幾小時的。4、與溫度關系：溫度影響電導率5、與場強關系：空間電荷與電壓大小有關4：夾層極化特點：極化機理：正負離子移動適用范圍：含離子和雜質離子的介質極化程度影響因素：電場強度（有關）電源頻率（低頻下存在：極化建立時間很長）溫度（有關）消耗能量：非彈性；有能耗 E空間電荷極化-_+++__5：空間電荷極化1、選擇絕緣：電容器大電容器單位容量體積和重可減少電纜小可使電纜工作時充電電流減小電機定子線圈槽出口和套管小,可提高沿面放電電壓2、多層介質的合理配合：電場分布與成反比組合絕緣采用適當的材料可使電場分布合理3、研究介質損耗的理論依據：介質損耗與極化類型有關，損耗是絕緣劣化和熱擊穿的主要原因4、絕緣試驗的理論依據：在絕緣預防性試驗中通過測量吸收電流可以反映夾層極化現象，能夠判斷絕緣受潮情況。吸收電荷將對人身構成威脅5、研發(fā)新型絕緣材料五、談論介電常數的意義

電介質極化應用實例：平行平板電極間距離為2cm，在電極上施加55kV的工頻電壓時未發(fā)生間隙擊穿，當板電極間放入一厚為1cm的聚乙烯板（εr=2.3）時，問此時會發(fā)生間隙擊穿現象否？為什么？并請計算插入聚乙烯板前后的各介質中的電場分布。

解：a：空氣；s：塑料介質 (1)插入前：Ea=V0/d=55/2=27.5kV/cm (2)插入后：Vs/Va=εa/εs，得Va=2.3Vs V0=Vs+Va=3.3Vs Vs=V0/3.3=55/3.3=16.7(kV) Es=16.7kV/cm Va=V0-Vs=55-16.7=38.3(kV) Ea=38.3kV/cm>30kV/cm的空氣擊穿場強 故插入聚乙烯板后空氣間隙擊穿，然后聚乙烯板也被擊穿

液體電介質的介電常數

非極性和弱極性電介質：屬于這類的液體電介質有很多，如石油、苯、四氯化碳、硅油等。它們的相對介電常數都不大，其值在1.8~2.8范圍內。介電常數和溫度的關系和單位體積中的分子數與溫度的關系相似

偶極性電介質：這類介質的相對介電常數較大，其值在3~80范圍，能用作絕緣介質的εr值在3~6左右。此類液體電介質用作電容器浸漬劑，可使電容器的比電容增大，但通常損耗都較大，蓖麻油和幾種合成液體介質有實際應用

固體電介質的介電常數

非極性和弱極性固體電介質：此類固體電介質的種類很多，聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、石蠟、石棉、無機玻璃等都屬此類，這類電介質只有電子式極化和離子式極化，介電常數不大，通常在2.0-2.7范圍。介電常數與溫度的關系也與單位