第二章电介质理论(一)讲述.ppt

电介质的电气性能 研究电介质电气性能的意义 电介质电气性能的划分 电介质的极化及介电常数 电介质的电导特性 电介质中的能量损耗及介质损失角正切 液体电介质的击穿 固体电介质的击穿 电介质的其它性能 一、研究电介质电气性能意义 设备绝缘的基础 超高压大容量的发展 新材料促进了电力工业的进步 我国绝缘材料发展的现状 加强绝缘材料的研究，促进科技发展 二、电介质电气性能的划分 极化特性 电气传导特性 损耗特性 电气击穿特性 极化特性：指介电常数ε 损耗特性：介损tgδ 电气传导特性：载流子移动、高场强下的电气传导机理等，电导G 或电阻 R 电气击穿特性：包括击穿机理、劣化、电压--时间特性曲线（V–t ）等，击穿电压UC 或击穿场强EC 三、电介质的极化与介电常数 电介质物质结构的基本形式 极化 (polarization)与电介质 (dielectrics) 电介质极化的基本类型 电介质的介电常数 讨论极化的意义 (一)电介质物质结构的基本形式 形成分子和聚集态的各种健 离子健 共价键 分子健 电介质的分类：根据化学结构分为3类 非极性及弱极性电介质 偶极性电介质 离子性电介质 极化与电介质 极化概念：电场中有电介质时，由于电场的作用电介质内部发生形变，结果导致电介质内部电荷分布的变化。这个过程称作极化 偶极子(dipole)：单位体积电介质在施加电场前内部的电荷是均匀分布的，在电场的作用下这些电荷发生位移，这个单位体积就形成一对偶极子 极化强度：偶极子的扭矩称作极化强度P 每单位体积的电荷量： 极化电荷：?P是电场作用下电介质内部呈现的电荷密度，称作极化电荷。这些电荷由于是极化引起的，不能单独取出来 真实电荷: 导体中带电的电荷可以自由地取出 (三）电介质极化基本类型 电介质的极化有五种基本形式： 电子位移极化 离子位移极化 转向极化 夹层介质界面极化 空间电荷极化 1.电子位移极化 极化机理：电子偏离轨道 介质类型：所有介质 建立极化时间：极短，10-14?10-15s 极化程度影响因素： 电场强度（有关） 电源频率（无关） 温度（无关） 极化弹性：弹性 消耗能量：无 2.离子位移极化 极化机理：正负离子位移 介质类型：离子性介质 建立极化时间：极短，10-12~10-13 s 极化程度影响因素： 电场强度（有关） 电源频率（无关） 温度（随温度升高而增加） 极化弹性：弹性 消耗能量：无 3.转向极化（偶极弛豫极化） 极化机理：极性分子转向 介质类型：偶极性及有离子弛豫性极化的离子性介质 建立极化时间：需时较长，10-6?10-2 s 极化程度影响因素： 电场强度（有关） 电源频率（有关） 温度（温度较高时降低，低温段随温度增加） 极化弹性：非弹性 消耗能量：有 4.夹层介质界面极化 夹层介质界面极化概念： 当t=0: 当t=∞: 一般有 电荷重新分配，在两层介质的交界面处有积累电荷，这种极化形式称夹层介质界面极化。 夹层界面上电荷的堆积是通过介质电导G完成的，高压绝缘介质的电导通常都很小，这种性质的极化只有在低频时才有意义 极化机理：带电质点移动 介质类型：不均匀夹层介质中 建立极化时间：很长 极化程度影响因素： 电场强度（有关） 电源频率（低频下存在） 温度（有关） 极化弹性：非弹性 消耗能量：有 5.空间电荷极化 极化机理：正负离子移动 介质类型：含离子和杂质离子的介质 建立极化时间：很长 极化程度影响因素： 电场强度（有关） 电源频率（低频下存在） 温度（有关） 极化弹性：非弹性 消耗能量：有 （四)电介质的介电常数 图中： 单位面积的电荷：? 真空中：E0= σ／ε0 极化电荷密度为：σ′ 介质中：E=(σ-σ ′)/ε0 气体电介质的介电常数 气体分子间的距离很大，密度很小，气体的极化率很小，一切气体的相对介电常数都接近1 气体的介电常数随温度的升高略有减小，随压力的增大略有增加，但变化很小 部分气体的相对介电常数（环境条件 20℃, 1 atm） 液体电介质的介电常数 非极性和弱极性电介质：如石油、苯、四氯化碳、硅油等 ?r数值不大，在1.8?2.5范围内。介电常数和温度的关系和单位体积中的分子数与温度的关系相似 极性电介质：如蓖麻油、氯化联苯等 ?r数值在2?6范围内。还能用作绝缘介质 强极性电介质：如酒精、水等 ?r10，此类液体电介质用作电容器浸渍剂，可使电容器的比电容增大，但通常损耗都较大 介电常数同温度和频率