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液体和固体电介质的电气性能 一、液体、固体电介质的极化、电导与损耗 （一）电介质的极性和分类 偶极子—大小相等、符号相反，彼此相距为d的两电荷（+q、-q）所组 成的的系统。 偶极子的极性、大小和方向常用偶极矩来表示。偶极矩的方向由负电 荷指向正电荷，其大小为每个电荷的电量乘以正、负电荷间的距离。 液体和固体电介质的电气性能 （二）电介质的极化 1、电介质的极化和相对介电常数 极化—电介质在电场作用下，其束缚 电荷相应于电场方向产生的弹性位移现象 和偶极子的取向现象。 液体和固体电介质的电气性能 2、电介质的极化种类 （1）电子式极化 物质原子中的电子轨道受到外电场E 作用时，它将相对于原子核发生位移而形 成极化。 特点： a)存在于一切气体、液体及固体介质中； b)极化所需时间短，约10-15s，故εr不随频 率变化； c)具有弹性，故没有损耗； d)温度对极化影响小。 液体和固体电介质的电气性能 （2）离子式极化 外电场作用下，正、负离子发生偏移， 使平均偶极矩不再为零，介质呈现极 性。 特点： a) 极化时间短，约10-13s； b)弹性极化，几乎没有损耗； c)在一般的使用频率内，可以认为εr 与频 率无关； d)温度对离子式极化的影响，存在着相反 的两种因素。 液体和固体电介质的电气性能 （3）偶极子极化 外电场作用下，偶极子受到电场力的作 用而发生转向，顺电场方向作有规则的排 列，对外呈现出极性。这种由于极性电介 质偶极子分子的转向所形成的极化称~。 特点： 极化时间长，约10-10s~ 10-2s ， εr与频 率有较大关系； b)非弹性，消耗能量； c)温度影响大。 液体和固体电介质的电气性能 （4）夹层介质界面极化 高电压设备的绝缘往往由几种不同材料组成或介质是不均匀的。 平行板电极间的双层介质为例。 t=0，合闸瞬间： 电压分配与各层的电容成反比， 达到稳态: 各层上电压分配与电导成反比， 若为单一介质，即 若介质不均匀，即 所以合闸以后，两层介质之间有一个电压重新分配的过程，也就是 说，C1 、C2上的电荷要重新分配。 液体和固体电介质的电气性能 特点： a)时间缓慢， 10-1s~数小时，只有电源在工频或低频时才有可能。 b)有能量损耗。 3、讨论电介质极化的意义 （1）选用于电容器的绝缘材料，希望材料εr 大；用于其他绝缘构的绝缘 材料，希望材料εr 小； （2）注意各种材料εr 的配合，串联介质中场强E的分布与εr 成反比； （3）材料的介质损耗与极化类型有关；而介质损耗是影响绝缘劣化和热击穿的一个重要因素； （4）夹层极化现象在绝缘预防性试验中可用来判断绝缘受潮情况。在使 用电容器等电容量很大的设备时，必须特别注意吸收电荷可能对人身安 全造成的威胁。 液体和固体电介质的电气性能 （三）电介质的电导 1、电介质电导的概念与电导率 在电介质内部或多或少存在数量很小的带电粒子，他们在电场作用下 会不同程度地作定向移动而形成传导电流（即电导电流或泄露电流）， 这即是电介质的电导过程。 描述物理量：电导率γ或电阻率ρ。 2、电介质电导的特性 （1）离子式电导 电介质中少量带电粒子主要是离子；金属导体的电导性质为电子式电 导，带电粒子为金属中的大量自由电子。 （2）温度的影响 液体和固体电介质的电气性能 3、泄漏电流和绝缘电阻 i1—纯电容电流（无损极化）； i2—有损极化对应的电流； i3—电导电流（泄漏电流）； 泄漏电流对应的电阻R=U/ i3称为绝缘电阻。 加上直流电压1min后，极化过程结束，仅存在电导过程，流过介质的 电流i等于泄漏电流，此时对应的电阻即为绝缘电阻。 液体和固体电介质的电气性能 4、固体介质的体积绝缘电阻与表面绝缘电阻 5、讨论电介质电导的意义 （1）在绝缘预防性试验中，一般要测量绝缘电阻和泄漏电流，以判断绝 缘是否受潮或其他劣化现象； （2）串联多层介质在直流电压下稳态分布和各层电导成反比，所以设计 用于直流设备时，要注意所用介质的电导率，尽量使材料得到合理使 用； （3）设计绝缘结构时要考虑环境条件，特别是湿度的影响； （4）对某些能量较小的电源，如静电发生器等，要注意减小绝缘材料的 表面泄漏电流以保证得到高电压； （5）并不是所有情况下都希望绝缘电阻高，有些情况下要设法减小绝缘 电阻值。如在高压套管法兰附近涂上半导体釉，高压电机定子绕组出槽 口部分涂半导体漆等，都是为了改善电压分布