液体、固体电介质的极化、电导与损耗
2023-03-11 佚名
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一、电介质物质结构的基本知识 电介质：能在其中持久建立电场的物质 物质性质与其微鸡肉结构直接相关 1．形成分子和聚集态的各种键 分子：原子或离子组成，气、液、固三种由原子、离子或分子组成。 键——质点间的结合方式 化学键：高子键，共价键，分子由相邻原子间的结合力（相互吸收作用） 分子键：分子间的结合力 高电压领域理论基础——电介质与放电理论高电压是基础课 2．电介质分类 （1）非极性及弱极性电介质 非极性电介质——由非极性分子组成，分子由共价键结合 弱极性电介质——存在分子异构或支链，多少有些极性。 （2）偶极性电介质——由极性分子组成，聚氯乙烯 （3）离子性电介质：只固体形式，无个别分子——晶体和无定形体两类 晶体——云母，电瓷 无定形体——石英 二、电介质的极化及相对介电常数 1．极化的基本类型 真空中电容量为co，摄入固体介质，容量变为  ， 相对介电常数，尽量增大原因——介质极化现象。由介质极化形式： （1） 电子位移极化 介质中的原子，分子或离子中的电子在外电场作用下，电子轨道相对于原子核发生位移，从而产生感应电短的过程。 特点：存在于一切介质中，极化时间短，极化程度取决于E，，与电源频率f无关，极化是弹性的，无能量损耗，去掉外电场，极化可立即恢复。 （2）位移极化 离子结合成的电介质，外电场作用使正、负离子产生微小位移，平均具有电场方向的偶极矩，这种极化时间极短，极人程度与电源频率f无关，  有正的温度系数。（2） 转向极化（偶极豫极化或取向极化） 极性介质，单个分子子具有偶极矩，无外电场，对外平均不具有偶极矩，外电场作用下，取向极化率增加，对外具有了偶极矩，存在于偶极性介南中，非弹性的，转向需克服相互间作用面做功，消耗能量，复原时不可能收回，极化时间长，与f有关频率较高时，转向极化跟不上电场变化，极化率减小。 温度防碍 （4）夹层介质界面极化 上述3种带电质点的弹性位移或转向形成本：带点质点移动形式。实际——多层电提质绝缘结构  如 双层介质表面电荷尔蒙不重新分配。 实际上，往往电荷重新分配，两层介质交界处会积累电荷，故称夹层介质界面极化。 这种极化方式存在于不均匀夹层介质中，伴有能量损失，夹层电荷尔蒙堆积通过电导G完成，G很小，极化建立时间长，因此这种极化低频时才有意义。 （5）空间电荷极化 介质内自由正、负离子在电场作用下移动，改变颁布状况，在电极附近形成空间电荷，类似夹层界面极化。 2．电介质的介电常数 （1）气体电介质的介电常数 分子间的距离很大，密度小，极化率很小，一切气体相对提电常数都接近，表4-1，  子略减小， 略增大，变化不大（2）介质的介电常数 ① 非极性和弱极性电介质，石油苯，  ② 偶极性电介质  较大，能用作绝缘介质的 左右，电容浸渍剂使此电容增大，损耗大蓖麻油， 关系图4-2（3） 固体电介质的介电常数 ① 非极性和弱极性固体电介质、多、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、石蜡、石棉、有机玻璃等  ② 偶极性固体电介质，树脂，纤维，橡胶，虫胶，无机玻璃，聚氯乙烯和涤纶等到  ③ ③离子性电介质  陶瓷、去母等到3．讨论极化的意义 ①选择绝缘：因素，电气强度， ，容器：追求体积小，容量大， ，电缆：为减小电容电流，选择小介质②多层介质的合理配合 多层介质，在交流及冲击电压下，各层电压分布与 成反比，选择使各层介质电场介质较均匀。③介质损耗的理论依据——极化形式同介质损失有关 ④ 预防性试验项目的理论依据 三、电介质的电导?电阻及电导率?电阻率 1.电介质的漏导电流和位移电流 漏导电流——介质中自由的或相互联系弱的带电质点在电场作用下运动造成的，——离子 介质：电导由离子造成  金属：电导由电子造成  半导体：二者之间 位移电流——指介质极化造成的吸收电流 度验曲线  图4-3测表面电位，体积电们，三电极结构  图4-4测表介质体积电位的回路 辅助电极——流过介质表面的电流的内部电位分开，A测得介质内部电流。S1合闸，ic快速极化造成位移电流，ia：吸收电位——空间电荷极化等缓慢极化造成，ig漏导电流，ia’也称吸收电位，ic’瞬时放电电流，s3短接，瞬闪打开，合上s1稳定后断开s1，合上s2.吸收电流，气体中没有，液一中极化快，ia衰减快，固体ia明显  2．体积电导和表面电导 体积电阻率  A测量电极面极，h介质厚度，Rv=v/ig体积电阻体积电导率  表面电阻率（电导率）测量  3．气体电介质电导 外电离因素——离子浓度500-1000对/cm3场强起过EB，气体电介质碰撞电离电导急剧增大。 4．液体电介质电导 两种因素 ①离子电导：液体本身或杂质的分子解离的离子决定，离子电导大小和分子极性及液体线净程度有关。 线净非极性液体电介质  弱极性电介质 偶极性液体 高频下不用，损耗太大，强极性液体——水、乙醇实际是导电液，不是绝缘材料表4-2 升高 A、B常数分子解高度加P，离子易克服位垒至成为自由离子 ③ 电流电导：由固体或液体杂质以高级分散状态悬浮于液体中形成的胶体质点吸附离子而带电造成的，变压器由中水滴 5.固体电介质的电导 类似液体，没有电流电导 ●离子性电介质——电导与离子本身性质有关 单价小离子（li ,Na , K ）束缚弱，易形成电介流，电导大结构紧密，洁净的离子性电介质  结构不紧密且含单价小离子的电介质  ●非极性、弱极性介质——杂质离子造成电导 ●偶极性电介质——本身解离，还有杂质  小电导取决于微观结构和宏观结构，有体积电导，还有表面电导，表面电导——表面吸附水分和污物引起，清洁，降低表面电导  6．讨论电导的意义 ①绝缘预防性试验的理论依据——利用绝缘电阻，泄漏电流，吸收比判断的绝级状况 ②直流电压作用下，选择合适电阻率，实现各层间合理分压 ③注意环境温度对固体介质表面电阻的影响，注意亲水性材料的表面防水处理。 四、电介质中的能量损耗及介质损失角正切 1．介质损失角正切 直流电压下，介质仅有漏导损失  体积电阻率 表面电阻率交流电压下，介质还有极化损失，作 外，还城另外特征量，交流电压下，介质叫流i，存在损耗，ui夹角非90度 ic流过介质总的无功电流，iR总的有功电流，iR包括漏导和极化损失，iR大则损失大，介质损失角正切 ，表示介质在交流电压下的损耗，反映介质自身性能 2．电介质的并联与串联等效回路 分析介质交流下的能量损耗等效回路 并联：   串联：  因此有  等效电路只有计算上的意义，并不反映损耗的物理过程，损耗由电导引起，用并联等效电路。 等效电路介质极化及导线电阻引起，用串联等电路 等效电路由多种介质串并联引起，灵活选用等效电路 介质损耗率   3．气体电介质的损耗  极化率极小，损耗即电导损耗标准电容器：气体介质电容器，气体电导小，损耗极小，强电场下，易电离，——不均匀场局部放电，间隙损耗增加。 4．液体和固体电介质的损耗 ①非极性，弱极性及结构紧密的离子性介质主要是电子们移极化离子们移极化，没有能量损耗——损耗由漏导决定。  较小，10-4数量级，聚乙烯等代良的绝缘材料，用于高频或精密设备中。②偶极性固体、液体介质及结构不紧密的离子性介质，漏导损失外，还有极化损失，湿度，频率等因素有较复杂的关系。 反映电场变支一周内的能量损失 5．讨论 的意义①选择绝缘材料。 过大热击穿②预防性试验中判断绝缘状况， 与U的关第曲线来判断是否发生局部放电。③当 在的材料需要加热时，可对材料加交流（工频或高频）电压，材料自身介质损耗发热——加热均匀。
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