电介质的损耗.docVIP

第二节 电介质的损耗 ????? 作用下的能量损耗，由电能转变为其它形式的能，如热能、光能等，统称为介质损耗。它是导致电介质发生热击穿的根源。电介质在单位时间内消耗的能量称为电介质损耗功率，简称电介质损耗。 1 损耗的形式 电导损耗 ： 在电场作用下，介质中会有泄漏电流流过，引起电导损耗。气体的电导损耗很小，而液体、固体中的电导损耗则与它们的结构有关。非极性的液体电介质、无机晶体和非极性有机电介质的介质损耗主要是电导损耗。而在极性电介质及结构不紧密的离子固体电介质中，则主要由极化损耗和电导损耗组成。它们的介质损耗较大，并在一定温度和频率上出现峰值。 电导损耗，实质是相当于交流、直流电流流过电阻做功，故在这两种条件下都有电导损耗。绝缘好时，液、固电介质在工作电压下的电导损耗是很小的，与电导一样，是随温度的增加而急剧增加的。 ②极化损耗 ： 只有缓慢极化过程才会引起能量损耗，如偶极子的极化损耗。它与温度有关，也与电场的频率有关。极化损耗与温度、电场频率有关。在某种温度或某种频率下，损耗都有最大值。用 tg δ来表征电介质在交流电场下的损耗特征。 ` 游离损耗 ： 气体间隙中的电晕损耗和液、固绝缘体中局部放电引起的功率损耗称为游离损耗。电晕是在空气间隙中或固体绝缘体表面气体的局部放电现象。但这种放电现象不同于液、固体介质内部发生的局部放电。即局部放电是指液、固体绝缘间隙中，导体间的绝缘材料局部形成“桥路”的一种电气放电，这种局部放电可能与导体接触或不接触。这种损耗称为电晕损耗。 2 介质损耗的表示方法 在理想电容器中，电压与电流强度成 90o ，在真实电介质中，由于 GU 分量，而不是 90o 。此时，合成电流为： ； ? 故定义： ???? —— 为复电导率 ??? —— 复介电常数 损耗角的定义： 只要电导 ( 或损耗 ) 不完全由自由电荷产生，那么电导率σ本身就是一个依赖于频率的复量，故实部ε * 不是精确地等于ε，虚部也不是精确地等于 。复介电常数最普通的表示方式是： ε 、 ε 都是领带依赖于频率的量，所以： 3 介质损耗和频率、温度、湿度的关系 1) 频率的影响 （ 1 ）当外加电场频率很低，即 ω→0 时，介质的各种极化都能跟上外加电场的变化，此时不存在极化损耗，介电常数达最大值。介电损耗主要由漏导引起， P W 和频率无关。 tgδ=δ/ωε ，则当 ω→0 时， tgδ→∞ 。随着 ω 的升高， tgδ 减小。 （ 2 ）当外加电场频率逐渐升高时，松弛极化在某一频率开始跟不上外电场的变化，松弛极化对介电常数的贡献逐渐减小，因而 ε r 随 ω 升高而减少。在这一频率范围内，由于 ωτ ＜＜ 1 ，故 tgδ 随 ω 升高而增大，同时 Pw 也增大。 (3) 当 ω 很高时， ε r →ε ∞ ，介电常数仅由位移极化决定， ε r 趋于最小值。此时由于 ωτ ＞＞ 1 ，此时 tgδ 随 ω 升高而减小。 ω→∞ 时， tgδ→0 。 从图可看出，在 ω m 下， tgδ 达最大值， ω m 可由下式求出： tgδ 的最大值主要由松弛过程决定。如果介质电导显著变大，则 tgδ 的最大值变得平坦，最后在很大的电导下， tgδ 无最大值，主要表现为电导损耗特征： tgδ 与 ω 成反比，如图 2 ）温度的影响 温度对松弛极化产生影响，因而 P ， ε 和 tgδ 与温度关系很大。松弛极化随温度升高而增加，此时，离子间易发生移动，松弛时间常数 τ 减小。 （ 1 ）当温度很低时 ,τ 较大，由德拜关系式可知， ε r 较小， tgδ 也较小。此时，由于 ， ， ，故在此温度范围内，随温度上升， τ 减小， ε r 、 tgδ 和 P W 上升。 （ 2 ）当温度较高时， τ 较小，此时 ，因而 在此温度范围内，随温度上升，τ 减小， tg δ 减小。这时电导上升并不明显，所以 P W 主要决定于极化过程， P W 也随温度上升而减小。 由此看出，在某一温度 T m 下， P W 和 tgδ 有极大值，如左图。 （ 3 ）当温度继续升高，达到很大值时，离子热运动能量很大，离子在电场作用下的定向迁移受到热运动的阻碍，因而极化减弱， ε r 下降。此时电导损耗剧烈上升， tgδ 也随温度上升急剧上升。 比较不同频率下的 tgδ 与温度的关系，可以看出，高频下， T m 点向高温方向移动。 根据以上分析可以看出，如果介质的贯穿电导很小，则松弛极化介质损耗的特征是： tg δ在与频率、温度的关系曲线中出现极大值。 3 ）湿度的影响 介质吸潮后，介电常数会增加，但比电导的增加要慢，由于电导损耗增大以及松驰极化损耗增加，而使 tg δ增大。对于极性电介