《高电压技术》第一篇电介质的电气强度--第三章液体和固体介质的电气特性--第一节电介质的极化、电导与损耗（上）

1、高电压技术高电压技术普普 通通 高高 等等 教教 育育 “十十 二二 五五” 国国 家家 规规 划划 教教 材材电电 气气 工工 程程 及及 其其 自自 动动 化化 专专 业业 系系 列列 教教 材材第第 一一 篇篇 电介质的电气强度电介质的电气强度绪绪 论论 高电压技术主要研讨高电压(强电场)下的各种电气物理问题。 高电压技术的发展始终与大功率远距离输电的需求密切相关。 对于电力类专业的学生来说，学习本课程的主要目的是学会正确处理电力系统中过电压与绝 缘这一对矛盾。 为了说明电力系统与高电压技术的密切关系， 以高压架空输电线路的设计为例，在图 0-1中 列出了种种与高电压技术直接相关的工程问

2、题。除了电力工业、电工制造业外，高电压技术 目前还广泛应用于大功率脉冲技术、激光 技术、核物理、等离子体物理、生态与环 境保护、生物学、医学、高压静电工业应 用等领域。第第 一一 篇篇 电介质的电气强度电介质的电气强度第三章第三章 液体和固体介质的电气特性液体和固体介质的电气特性液体介质和固体介质广泛用作电气设备的内绝缘。应用 得最多的液体介质是变压器油，电容器油和电缆油也分别用 于电力电容器和电力电缆中。用作内绝缘的固体介质最常见 的有绝缘纸、纸板、云母、塑料等，用于制造绝缘子的固体 介质有电瓷、玻璃和硅橡胶等。电介质的电气特性，主要表现为它们在电场作用下的导 电性能、介电性能和电气强度；它

3、们分别以四个主要参数，即电导率（或绝缘电阻率 ）、介电常数、介质损耗角正切 tan和击穿电场强度（以下简称击穿场强）Eb来表示。第一节第一节 电电介质的极化、电导与损耗介质的极化、电导与损耗一、电介质的极化一、电介质的极化介电常数、相对介电常数介电常数、相对介电常数平行平板电容器在真空中的电容量为当极板间放置了固体介质时，电容量为式中 A极板面积，cm2； d极间距离，cm； 介质的介电常数 ； 0真空的介电常数 = 8.8610-14 F/cm定义： r为介质的相对介电常数。 0 A0CdC Ad00 C C一、电介质的极化一、电介质的极化(1) 非极性分子的位移极化(2) 极分子的转向极化

4、(3) 极化电荷（束缚电荷） 电介质表面因极化而出现的电荷。(4) 极化电荷的特点a. 不能移出电介质；b. 各向同性的均匀电介质极化时只在其表面 出现面极化电荷。EE极化极化概概念念：在外加电场的作用下，固体介质中的正、负电 荷产生了位移，形成电矩，使介质表面出现 了束缚电荷，极板上的电荷也增多，因而使电 容量增大。分分类类：电子式极化离子式极化偶极子极化夹层极化无损极化无损极化有损极化有损极化（1）电子式极化）电子式极化存在于一切物质中；极化所需的时间极短，约10-15 s；属弹性位移，没有能量损耗；温度对电子式极化影 响不大。（2）离子式极化）离子式极化 亦属弹性位移极化；极化过程所需的

5、时间也很短，约10-13 s；温度对此极化存在一定影响，r一般具有正的温度系数。（3）偶极子极化）偶极子极化或称转向极化，非弹性；极化所需的时间较长，约 10-10 s10-2 s；r在低温下先随温度的升高而增大，以 后当热运动变得强烈时，r又随温度的上升而减小。（4）夹层极化（界面极化）夹层极化（界面极化）表征电介质导电性能和绝缘性能的主要物理量为电导率及其倒数电阻率。按载流子的不同，电介质的电导可分为离子电导和电子电导两种，在正 常情况下，电介质的电导主要是离子电导。固体介质的电导除体积电导外，还存在表面电导，后者取决于固体介质 表面所吸附的水分和污秽，受外界因素的影响很大。固体和液体介质

6、的电导率与温度T 的关系均可近似地用下式表示:二、电介质的电导二、电介质的电导三、电介质的损耗三、电介质的损耗（一）电介质损耗的基本概念（一）电介质损耗的基本概念实际电介质中总有一定的能量损耗，包括由电导引起的 损耗和由有损极化引起的损耗，总称介质损耗。介质的功率损耗为：式中电源角频率；功率因数角；介质损耗角。介质损耗角 为功率因数角的余角，其正切tan又可称为介质损耗因数，常用百分数(%)来表 示。P 值的大小与所加电压U、试品电容量Cp、电 源频率等一系列因素都有关系，而式中的 tan 却是一个仅仅取决于材料损耗特性的物理量。所以 通常均采用介质损耗角正切 tan作为综合反映电 介质损耗特性优劣的一个指标，测量和监控各