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1、第二章 介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和損耗(1),液體和固體介質(zhì)廣泛用作電氣設(shè)備的內(nèi)絕緣。,常用的液體介質(zhì)：變壓器油、電容器油、電纜油 常用的固體介質(zhì)：絕緣紙、紙板、云母、塑料、電瓷、玻璃、硅橡膠,電介質(zhì)分類：,按狀態(tài)分氣體、液體和固體三類,氣體介質(zhì)廣泛用作電氣設(shè)備的外絕緣；,導(dǎo)電性能 介電性能 電氣強(qiáng)度,電導(dǎo)率(絕緣電阻率) 介電常數(shù) 介質(zhì)損耗角正切tan 擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度,電介質(zhì)的電氣特性表現(xiàn)在電場(chǎng)作用下的：,表征參數(shù)：,本次課程的目的要求:,1、掌握極化、電導(dǎo)(絕緣電阻) 的概念,2、能說明極化的種類和特點(diǎn),3、能解釋吸收現(xiàn)象,4、能說明介質(zhì)電導(dǎo)形成的原因及影響因素,2.1 電介質(zhì)的極化,一、介質(zhì)的極化

2、和介電常數(shù),1、極化定義,電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下，其束縛電荷相應(yīng)于電場(chǎng)方向產(chǎn)生彈性位移現(xiàn)象和偶極子的取向現(xiàn)象。,2、介電常數(shù),表示極化強(qiáng)弱的一個(gè)物理量。,以真空平板電容器為例分析：,極化前：,極化后：,是反映電介質(zhì)極化特性的一個(gè)物理量。與溫度有關(guān),氣體 接近于1，因密度小、極化率低；液體和固體多在26之間。 用于電容器的絕緣材料，希望選用 大的介質(zhì)，可使單位電容的體積和重量減小。 其他電氣設(shè)備中總是選 較小的介質(zhì)，因介質(zhì)損耗較小。 采用 較小絕緣材料可減小電纜的充電電流、提高套管的沿面放電電壓等。采用組合絕緣時(shí)應(yīng)注意各種材料 值之間的配合，在交流電壓下，串聯(lián)多層介質(zhì)的場(chǎng)強(qiáng)分布與介質(zhì)的 成反比。,為

3、保持場(chǎng)強(qiáng)不變，極板上電荷必然會(huì)增加，以抵消極化電荷產(chǎn)生的反電場(chǎng).,二、極化種類,1、無損極化：,電子式 離子式,(1)電子式極化,特點(diǎn)：極化時(shí)間很短； 各種頻率下均可發(fā)生， 與外加頻率無關(guān)； 具有彈性，無損耗； 溫度影響不大。,(2) 離子式極化,特點(diǎn)：極化時(shí)間稍長； 與頻率無關(guān)； 彈性極化，無損； 溫度對(duì)極化有影響：,溫度影響：T轉(zhuǎn)向容易極化；T熱運(yùn)動(dòng)加劇阻礙轉(zhuǎn)向極化,(1) 偶極子極化,（a）無外電場(chǎng) （b）有外電場(chǎng),2、有損極化：,偶極子 夾層極化,特點(diǎn)：,極化時(shí)間較長； 非彈性極化；,有能耗；,頻率對(duì)極化有影響；,(2)夾層極化,合閘瞬間：,一般介質(zhì)不均勻，于是要有一電壓重新分配過程，

4、亦即C1、C2上電荷重新分配，在此過程中，分界面上將集聚起多余的電荷，從而顯出極性來。,極化結(jié)果：,等值電容增大；夾層界面堆積電荷產(chǎn)生極性,極化特點(diǎn)：,與分子結(jié)構(gòu)無關(guān)；極化時(shí)間長（G很?。?；有能耗，負(fù)的溫度系數(shù)。,穩(wěn)定后：,三、電介質(zhì)極化在工程上的意義,1、組合絕緣要注意各種材料 值的配合。在交流及沖擊電壓下，各層電壓分布與其 成反比，選擇 使各層介質(zhì)電場(chǎng)分布較均勻。,2、選擇設(shè)備絕緣材料時(shí)，要根據(jù)不同目的選擇不同的 。,3、在絕緣預(yù)防性試驗(yàn)中，夾層極化現(xiàn)象可用來判斷絕緣受潮的情況。,電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)氣體：一切氣體的都接近1； 液體：非極性和弱極性電介質(zhì) 1.82.8 強(qiáng)極性電介質(zhì) 36

5、固體：非極性和弱極性電介質(zhì) 22.7 強(qiáng)極性電介質(zhì) 36 離子性電介質(zhì) 58,2.2 電介質(zhì)的電導(dǎo),電介質(zhì)電導(dǎo)分為離子電導(dǎo)、電子電導(dǎo),2、離子電導(dǎo)：本征離子電導(dǎo)：極性電介質(zhì)本身離解呈現(xiàn)的電導(dǎo)；雜質(zhì)離子電導(dǎo)：在中性和弱極性電介質(zhì)中，主要是雜質(zhì)離解呈現(xiàn)的電導(dǎo)。,電導(dǎo)率表征電介質(zhì)導(dǎo)電性能的主要物理量，其倒數(shù)為電阻率。,一、電導(dǎo)的分類,1、電子電導(dǎo)：一般很微弱，因?yàn)榻橘|(zhì)中自由電子數(shù)極少；如果電子電流較大，則介質(zhì)已被擊穿。,3、電泳電導(dǎo)：載流子為帶電的分子團(tuán)，通常是乳化態(tài)的膠體粒子（如絕緣油中懸浮膠?；蚣?xì)小水珠）吸附電荷變成了帶電粒子。,4、表面電導(dǎo)：對(duì)固體介質(zhì)，由于表面吸附水分和污穢存在表面電導(dǎo)，受外

6、界因素的影響很大。所以，在測(cè)量體積電阻率時(shí)，應(yīng)盡量排除表面電導(dǎo)的影響，清除表面污穢、烘干水分、在測(cè)量電極上采取一定的措施。,二、電介質(zhì)的泄漏電流和絕緣電阻,i=i1+i2+Ig,I1充電電流：無損極化對(duì)應(yīng)的純電容電流，又稱快極化電流；,Ig泄漏電流：介質(zhì)中少量離子或電子移動(dòng)形成的電流，即電導(dǎo)電流。,I2吸收電流：為有損極化對(duì)應(yīng)的電流(主要為夾層極化)，又稱慢極化電流；,三、影響電介質(zhì)電導(dǎo)的因素,1、電壓（電場(chǎng)強(qiáng)度）：,電導(dǎo)電流隨電壓增大而增大,2、雜質(zhì)：,雜質(zhì)是液體介質(zhì)中帶電質(zhì)點(diǎn)的重要來源。中性液體離子主要來源于雜質(zhì)分子的離解；極性液體除雜質(zhì)外本身分子也易離解，所以同等條件 下，其電導(dǎo)率比中性

7、液體要大。,（1）液體介質(zhì)：,與此穩(wěn)定電流值相對(duì)應(yīng)的電阻值稱為電介質(zhì)的絕緣電阻，即,（2）固體介質(zhì)：,雜質(zhì)也是固體電介質(zhì)體積電導(dǎo)的重要來源，雜質(zhì)含量增大時(shí)，體積電導(dǎo)會(huì)明顯增大。,固體、液體介質(zhì)的電導(dǎo)率與溫度T 的關(guān)系：式中：A、B 為與介質(zhì)有關(guān)的常數(shù)，其中固體介質(zhì)的常數(shù)B通常比液體介質(zhì)的B 值大的多。T為絕對(duì)溫度，單位為K。該式表明, 介質(zhì)的電導(dǎo)隨溫度T按指數(shù)規(guī)律上升。,3、溫度：,四、絕緣電阻的特點(diǎn),(1) 測(cè)量介質(zhì)或設(shè)備的 時(shí)應(yīng)加壓1或10分鐘；,中性或弱極性固體介質(zhì)的體積電導(dǎo)主要由雜質(zhì)離解引起；極性固體介質(zhì)除此外本身分子離解為自由離子也是形成體積電導(dǎo)的主要因素。,(2) 具有負(fù)的溫度系數(shù)

8、，而金屬電阻具有正的溫度系數(shù)；,五、電介質(zhì)電導(dǎo)的工程意義,1、電導(dǎo)是絕緣預(yù)防性試驗(yàn)的依據(jù)； 2、直流電壓作用下分層絕緣時(shí)，各層電壓分布與電阻成正比，選 擇合適的電阻率可實(shí)現(xiàn)各層間合理分壓； 3、注意環(huán)境、濕度對(duì)固體介質(zhì)表面電阻的影響； 4、工程上有時(shí)要設(shè)法減小絕緣電阻以改善電壓分布。,(4)對(duì)于固體電介質(zhì)，還必須注意區(qū)分體積電阻RV和表面電阻RS，由于受外界影響(如受潮、脹污等)很大，不能用RS來說明絕緣內(nèi)部問題。,(3) 由于 與外加電壓有關(guān)，在臨近擊穿時(shí)有顯著的迅速增加自由電子的導(dǎo)電現(xiàn)象， 造成 劇烈下降；,思考題,1-1、1-5、1-6,補(bǔ)充思考題：,金屬材料的電導(dǎo)與電介質(zhì)電導(dǎo)的區(qū)別是什么？,