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高电压技术 High Voltage Technology 第二章　　　 　 液体、固体介质的电气特性 电介质(dielectric)： ----在电场中能产生极化的物质，指通常条件下导电性能极差、在电力系统用作绝缘的材料。 ----极化是指物质中电荷分离形成耦极子的过程 电介质 气体电介质 液体电介质 固体电介质 电介质－从贮存电能的角度看 绝缘材料－从隔离电流角度看 1 电介质的极化、电导和损耗 一.电介质的极化(dielectric polarization) 和介电常数 1. 极化：在外加电场的作用下，电介质中的正、负电荷沿电场方向作有限位移或转向，形成电矩（偶极矩） 电子式极化 2. 电介质的极化种类 特点：存在于一切电介质，极化所需时间短， 不随频率变化； 极化具有弹性，不损耗能量 离子式极化 特点：存在于离子结构电介质中，极化所需时间也很短； 极化具有弹性，无能量损耗； 随温度升高而增大 E 有些电介质具有固有的电矩，即正、负电荷作用中心永不重合，这种分子称为极性分子，这种电介质称为极性电介质，例如胶木、橡胶、纤维素、蓖麻油、氯化联苯等。 每个极性分子都是偶极子，具有一定的电矩，但当不存在外电场时，这些偶极子因热运动而杂乱无序地排列着，宏观电矩等于零，整个介质对外并不表现出极性 出现外电场后偶极子沿电场方向转动，作较有规则的排列， 因而显出极性，这种极化称为偶极子极化或转向极化。 U U 电极 电介质 E 偶极子极化 频率太高时偶极子将来不及转动，因而其εr 值变小。温度对极性电介质εr 值也有很大的影响。因为温度较低时分子间的联系紧密，偶极子转动困难。所以εr 很小。温度升高后分子热运动加剧，阻碍极性分子沿电场取向，使极化减弱。所以液体固体的εr 在低温下先随温度的升高而增大，以后当热运动变的较强烈时，εr 又开始随温度的上升而减小。 特点：存在于极性电介质中，极化所需时间较长， 与电源频率有很大关系；极化消耗能量； 温度过高或过低， 都会减小 空间电荷极化(夹层极化) 3. 讨论电介质极化的意义 （１）不同应用场合，对εr 大小的要求不同 （２）在交流及冲击电压作用下，多层串联介质场强Ｅ与εr 成反比，要注意各种材料的 εr值的配合； （3）极化类型影响介质损耗，从而影响绝缘劣化和热击穿 特点： 存在于复合介质、不均匀介质中；极化过程很缓慢 ，只在直流 和低频交流下表现出来；极化伴随着能量损耗 为便于比较，将上述各种极化列为下表 极化种类 产生场合 所需时间 能量损耗 产生原因 电子式极化 任何电介质 10-15 s 无 束缚电子运行轨道偏移 离子式极化 离子式结构电介质 10-13 s 几乎没有 离子的相对偏移 偶极子极化 极性电介质 10-10～10-2 s 有 偶极子的定向排列 夹层极化 多层介质的交界面 10-1 s～数小时 有 自由电荷的移动 二. 电介质的电导(electrical conduction) 定义：在电场的作用下，由带电质点沿电场方向 移动而形成电导电流 要点： 带电质点主要是离子，也称离子式电导 指标：用电导率γ(s/ｃｍ)表示 绝缘材料的电阻率：108~1020 导体的电阻率：10-8~10-4 半导体的电阻率：10-4~107 电阻率 2.电介质电导与金属电导的区别 3.液体和固体电介质的γ与温度的关系： 带电质点：电介质中为离子（固有离子，杂质离子）； 金属中为自由电子 数量级：电介质的γ小，泄漏电流小；金属的电导电流很大 电导电流影响因素：电介质中由离子数目决定，对所含杂质、 温度很敏感；金属中主要由外加电压决定，杂质、温度不是 主要因素 温度↑ ａ．热运动加剧→离子迁移率↑→γ↑ 　　 ｂ．介质分子或杂质热离解↑→γ↑ 4. 固体电介质的体积电阻和表面电阻 体积电阻－电介质内部绝缘状态的真实反映 表面电阻－受介质表面吸附的水分和污秽影响 水分起着特别重要作用。 亲水性介质（玻璃、陶瓷）表面电导大 憎水性介质（石蜡、四氟乙烯、聚苯乙烯） 表面电导小 三.电介质的损耗(dielectric loss) 任何电介质在电场作用下都有能量损耗，包括由电导引起的损耗和由某些极化过程引起的损耗。电介质的能量损耗简称介质损耗。 1. 介质损耗的含义 2.