电介质的极化、电导与损耗特性

3.1电介质的极化、电导与损耗

电气特性极化电导损耗电介质等效电路

3.1.1电介质的极化

极化现象：造成电容量增加！极化的原因在外加电场的作用下，介质中原来彼此中和的正、负电荷产生了位移，形成电矩，使介质表面出现了束缚电荷，极板上电荷增多，并造成电容量增大极化的影响因素形态（气液固）、温度、电场频率等极化的基本形式电子式、离子式、偶极子转向、夹层介质界面、空间电荷极化等1）电子式极化

电子轨道受到外电场的作用时，相对于原子核产生位移，原子中正、负电荷的作用中心不再重合极化强度与正、负电荷作用中心间的距离成正比，且随外电场的增强而增大特点极化所需的时间极短，约10-15s具有弹性，当外电场去掉后，依靠正、负电荷间的吸引力，作用中心又马上重合，整体呈现非极性，没有损耗温度的影响不大，温度升高时，εr略为下降

绝缘-+绝缘2）离子式极化

发生在离子式结构，如云母、陶瓷材料等，正、负离子的作用中心发生偏移特点所需的时间也很短，约10-13s弹性极化，几乎没有损耗

温度对极化存在一定影响，εr一般具有正的温度系数

离子式极化示意图3）偶极子转向极化

存在于极性电介质中（具有永久性偶极矩）无外电场时，分子无序排列，不呈现极性；在电场作用下，顺电场方向定向排列，示出极性特点极化所需的时间也较长，约10-10～10-2s（频率有影响-）非弹性，消耗能量温度对极性介质的εr有很大的影响低-适当范围+高-

偶极子转向极化示意图4）夹层介质界面极化

夹层电介质（不均匀电介质）中各层中的电位分布最初和最终不同，造成交界面上的电荷的移动和积累特点过程特别缓慢，一般在10-1s以上，甚至数小时伴有介质损耗5）空间电荷极化

介质内的正、负自由离子改变分布状况，在电极附近形成空间电荷特点缓慢进行

消耗能量名称产生极化的地方、特征到达平衡的时间发生极化的原因电子式极化离子式极化偶极子极化夹层介质界面极化空间电荷极化任何物质的原子中离子组成的物质极性分子组成的物质多层介质的交界面电极附近10-15（s）10-13（s）10-10~10-1（s）10-1s~数小时束缚电荷的位移

自由电子的移动

电介质极化的本质：在外加电场作用下，极化介质内部形成反电场，通过向电极补充电荷以抵消反电场的作用，从而增加了电容量，并可能消耗能量！

材料类别名称相对介电常数，εr(工频，20℃)气体介质（1.0132×105Pa）空气1.00058

液体介质弱极性变压器油硅有机液体2.2～2.52.2～2.8极性蓖麻油氯化联苯4.54.6～5.2强极性丙酮酒精水223381

固体介质中性或弱极性石蜡聚苯乙烯聚四氟乙烯松香2.0～2.52.5～2.62.0～2.22.5～2.6极性纤维素胶木聚氯乙烯6.54.53.0～3.5离子性云母电瓷5～75.5～6.5工程意义：1)选择电容器绝缘材料2）减小电缆充电电流3）改善电场分布4）判断绝缘状态3.1.2电介质的电导

离子电导

工程上电介质总含有一些杂质离子在电场或外界因素影响下，离解成正负离子电子电导电介质中的自由电子是电离产生的出现电子电导电流时，表明电介质已被击穿电介质的电导一般是指离子性电导

3.1.2.1电介质的电导率、电阻率

电导性能常用电导率γ或电阻率ρ表示固体电介质的电阻率体积电阻率：单位长度的正方体的电介质中，所测得的其两相对面上的电阻表面电阻率：单位长度的正方形表面积上，相对两边之间测得的电阻

体积电阻测量图µAdIsISIV?表面电阻测量图µAld3.1.2.2液体电介质的电导

离子电导电介质分子或杂质分子离解而成的离子

电泳电导

较大的胶体吸附电荷后，变成带电质点

中性和弱极性的液体电介质电导率小极性和强极性液体电介质电导率大，故不宜作为绝缘材料（水）电导率γ与温度间具有指数关系测绝缘电阻时，必须注意温度

3.1.2.3固体介质的电导

离子电导杂质离子起主要作用电子电导电导与外施场强E关系密切

表面电导主要决定于表面吸附导电杂质的能力及其分布状态亲水性电介质：云母，玻璃，纤维材料

憎水性电介质：石蜡，聚苯乙烯

预防性试验时要注意绝缘表面的影响！固体介质电导电流密度与外加场强的关系3.1.3电介质的能量损耗

介质损耗电导损耗有损极化W=P+jQ=U(Ir+jIC)=UIr+jUIC介质损失角的正切tgδ：衡量介质的损耗特性

气体介质的损耗

无碰撞电离时，损耗由电导引起，损耗极小发生放电时，损耗剧增（如电线上的电晕损耗）液体介质的损耗

中性或弱极性介质：损耗主要起因于电导，较小极性：电导和极化损耗损耗与温度的关系比较复杂固体介质的损耗

四类：分子式、离子式、不均匀结构和强极性损耗情况比较复杂损耗与温度密切相关（与电导相似）液体介质损耗与温度的关系1：f12:f2干纸的损耗与温度的关系其中：1－1kHz2－10kHz3－100kHz3.1.4电介质的一般等值电路

C0反映电子式和离子式无损极化（含真空中对应的电容）C，、r支路反映有损极化R反映电导损耗等值电路是一般性的，重在描述电介质的极化、电导、损耗三种电气特性不同的绝缘结构，参数之间的关系变化很大（瓷、油纸）绝缘C0C/rRCxRxIRxICx（a）（b）（c）电介质等值电路的说