1、高電壓技術第二章1課件高電壓技術第二章1課件電介質(dielectric)：-在電場中能產生極化的物質，指通常條件下導電性能極差、在電力系統用作絕緣的材料。-極化是指物質中電荷分離形成耦極子的過程電介質氣體電介質液體電介質固體電介質電介質從貯存電能的角度看絕緣材料從隔離電流角度看電介質(dielectric)：電介質氣體電介質液體電介質固1 電介質的極化、電導和損耗一.電介質的極化(dielectric polarization) 和介電常數1. 極化：在外加電場的作用下，電介質中的正、負電荷沿電場方向作有限位移或轉向，形成電矩（偶極矩）1 電介質的極化、電導和損耗一.電介質的極化(diele

2、c電子式極化2. 電介質的極化種類特點：存在于一切電介質，極化所需時間短， 不隨頻率變化；極化具有彈性，不損耗能量電子式極化2. 電介質的極化種類特點：存在于一切電介質，極化離子式極化特點：存在于離子結構電介質中，極化所需時間也很短；極化具有彈性，無能量損耗； 隨溫度升高而增大E離子式極化特點：存在于離子結構電介質中，極化所需時間也很短； 有些電介質具有固有的電矩，即正、負電荷作用中心永不重合，這種分子稱為極性分子，這種電介質稱為極性電介質，例如膠木、橡膠、纖維素、蓖麻油、氯化聯苯等。 每個極性分子都是偶極子，具有一定的電矩，但當不存在外電場時，這些偶極子因熱運動而雜亂無序地排列著，宏觀電矩等

3、于零，整個介質對外并不表現出極性出現外電場后偶極子沿電場方向轉動，作較有規則的排列， 因而顯出極性，這種極化稱為偶極子極化或轉向極化。UU電極電介質E 有些電介質具有固有的電矩，即偶極子極化偶極子極化頻率太高時偶極子將來不及轉動，因而其r 值變小。溫度對極性電介質r 值也有很大的影響。因為溫度較低時分子間的聯系緊密，偶極子轉動困難。所以r 很小。溫度升高后分子熱運動加劇，阻礙極性分子沿電場取向，使極化減弱。所以液體固體的r 在低溫下先隨溫度的升高而增大，以后當熱運動變的較強烈時，r 又開始隨溫度的上升而減小。特點：存在于極性電介質中，極化所需時間較長， 與電源頻率有很大關系；極化消耗能量； 溫

4、度過高或過低， 都會減小頻率太高時偶極子將來不及轉動，因而其r 值變小。溫度對極性空間電荷極化(夾層極化)3. 討論電介質極化的意義（）不同應用場合，對r 大小的要求不同 （）在交流及沖擊電壓作用下，多層串聯介質場強與r 成反比，要注意各種材料的 r值的配合；（3）極化類型影響介質損耗，從而影響絕緣劣化和熱擊穿特點：存在于復合介質、不均勻介質中；極化過程很緩慢 ，只在直流 和低頻交流下表現出來；極化伴隨著能量損耗 空間電荷極化(夾層極化)3. 討論電介質極化的意義特點： 為便于比較，將上述各種極化列為下表極化種類產生場合所需時間能量損耗產生原因電子式極化任何電介質10-15 s無束縛電子運行軌

5、道偏移離子式極化離子式結構電介質10-13 s幾乎沒有離子的相對偏移偶極子極化極性電介質10-1010-2 s有偶極子的定向排列夾層極化多層介質的交界面10-1 s數小時有自由電荷的移動 為便于比較，將上述各種極化列為下表極化種類產二. 電介質的電導(electrical conduction)定義：在電場的作用下，由帶電質點沿電場方向 移動而形成電導電流 要點： 帶電質點主要是離子，也稱離子式電導 指標：用電導率(s/)表示 絕緣材料的電阻率：1081020導體的電阻率：10-810-4半導體的電阻率：10-4107 電阻率二. 電介質的電導(electrical conductio2.電介

6、質電導與金屬電導的區別 3.液體和固體電介質的與溫度的關系： 帶電質點：電介質中為離子（固有離子，雜質離子）； 金屬中為自由電子 數量級：電介質的小，泄漏電流??；金屬的電導電流很大 電導電流影響因素：電介質中由離子數目決定，對所含雜質、 溫度很敏感；金屬中主要由外加電壓決定，雜質、溫度不是主要因素溫度 熱運動加劇離子遷移率 介質分子或雜質熱離解 2.電介質電導與金屬電導的區別 3.液體和固體電介質的與溫4. 固體電介質的體積電阻和表面電阻體積電阻電介質內部絕緣狀態的真實反映表面電阻受介質表面吸附的水分和污穢影響水分起著特別重要作用。 親水性介質（玻璃、陶瓷）表面電導大 憎水性介質（石蠟、四氟乙

7、烯、聚苯乙烯） 表面電導小 4. 固體電介質的體積電阻和表面電阻體積電阻電介質內部絕緣三.電介質的損耗(dielectric loss) 任何電介質在電場作用下都有能量損耗，包括由電導引起的損耗和由某些極化過程引起的損耗。電介質的能量損耗簡稱介質損耗。1. 介質損耗的含義三.電介質的損耗(dielectric loss) 2. 電介質的三支路等值電路C1無損極化C2-R2有損極化R3電導損耗2. 電介質的三支路等值電路C1無損極化吸收曲線3. 電介質在直流電壓作用下的吸收現象 |充電電流 |吸收電流 |泄漏電流吸收曲線3. 電介質在直流電壓作用下的吸收現象 | | |4. 介質損耗角正切tg

8、交流電壓作用下的向量圖： 介質損耗角 為功率因數角 的余角，其正切 tg 又可稱為介質損耗因數，常用百分數（%）來表示。4. 介質損耗角正切tg 交流電壓作用下的向量圖： 并聯等值電路：并聯等值電路：并聯電路中：由相量圖：并聯電路中：由相量圖：5. 用tg作為綜合反映介質損耗特性優劣的指標 理由：介質損耗P值和試驗電壓U、試品等值電容量、電源頻率等許多因素有關，而tg 是一個僅取決于材料本身的損耗特征而與上述種種因素無關的物理量。tg 的增大，意味著介質絕緣性能變差，實踐中常通過測量tg來判斷設備絕緣的好壞。5. 用tg作為綜合反映介質損耗特性優劣的指標 理由：介一切電介質的電氣強度都是有限的

9、，超過某種限度，電介質就會喪失其原有的絕緣性能，甚至演變成導體。在電場的作用下，電介質中出現的電氣現象：在弱電場下，主要有極化、電導、介質損耗等2. 在強電場下，主要有放電、閃絡、擊穿等一切電介質的電氣強度都是有限的，超過某種限度，電介質就會喪一. 常用的液體介質二. 液體電介質的擊穿理論 目前常用的主要有變壓器油、電容器油、電纜油等礦物油 電擊穿：認為在電場作用下，陰極上由于強場發射或熱發射出來的電子產生碰撞電離形成電子崩，最后導致液體擊穿4.1 液體電介質的擊穿一. 常用的液體介質二. 液體電介質的擊穿理論 氣泡擊穿：認為液體分子由電子碰撞而產生氣泡，或在電場作用下因其它原因產生氣泡，由氣泡內的氣體放 電，產生電和熱而引起液體擊穿。液體中氣泡產生