第三章固体液体极化电导和损耗

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1、高电压技术高电压技术邱巍邱巍电气工程系电气工程系输电教研室输电教研室High Voltage Technology第三章液体和固体介质的电气特性第一节 液体和固体介质的极化、电导和损耗n电场下电介质的变化电场下电介质的变化n1. 在弱电场下，主要有极化、电导、介质在弱电场下，主要有极化、电导、介质损耗等损耗等 2. 在强电场下，主要有放电、闪络、击穿在强电场下，主要有放电、闪络、击穿等等第一节 液体和固体介质的极化、电导和损耗(dielectric polarization）1、电介质、电介质(dielectric)：n定义：电阻率高的绝缘材料定义：电阻率高的绝缘材料n作用：隔离不同电压作用：

2、隔离不同电压n分类：气体、液体、固体分类：气体、液体、固体电介质的极化电介质的极化 将电介质放入电场，表面出现电荷。将电介质放入电场，表面出现电荷。0E 这种在外电场作用下电介质表面这种在外电场作用下电介质表面出现电荷的现象叫做出现电荷的现象叫做电介质的极化电介质的极化。所产生的电荷称之为所产生的电荷称之为“极化电荷极化电荷”。 在电介质上出现的极化电荷是正负在电介质上出现的极化电荷是正负电荷在分子范围内微小移动的结果，电荷在分子范围内微小移动的结果，所以极化电荷也叫所以极化电荷也叫“束缚电荷束缚电荷”。1.1.极化现象极化现象电介质是绝缘体电介质是绝缘体,电介质体内只有极少自由电子电介质体内

3、只有极少自由电子1-1 电介质的极化n （a）电极间无介质）电极间无介质 （b） 电极间有介质电极间有介质n极化现象造成：在外施电场作用下，固体中原来极化现象造成：在外施电场作用下，固体中原来彼此中和的正、负电荷产生了位移，形成电矩，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，相应地便在极板上使介质表面出现了束缚电荷，相应地便在极板上另外吸住了一部分电荷另外吸住了一部分电荷 Q，所以极板上电荷增多，所以极板上电荷增多，并造成电容量亦增大。并造成电容量亦增大。UQ束缚电荷束缚电荷UCQ000000QQQCCr相对介电常数CUQQQ0dSC00 每个分子负电荷对外影响均可等

4、效为单独每个分子负电荷对外影响均可等效为单独一个静止的负电荷一个静止的负电荷 的作用。其大小为分子中的作用。其大小为分子中所有负电之和，所有负电之和，这个等效负电荷的作用位置这个等效负电荷的作用位置称为分子的称为分子的“负电作用中心负电作用中心”。-从电学性质看电介质的分子可分为两类：无极分子、从电学性质看电介质的分子可分为两类：无极分子、有极分子。有极分子。2.2.电介质极化的微观机制电介质极化的微观机制 同样，所有正电荷的作用也可等效同样，所有正电荷的作用也可等效一个静止的正电荷的作用，这个一个静止的正电荷的作用，这个等效正等效正电荷作用的位置电荷作用的位置称为称为“正电作用中心正电作用中

5、心”。+无极分子：无极分子：正负电荷作用中心重合的分子；正负电荷作用中心重合的分子；如如H2、N2、O2、CO2有极分子：有极分子：正负电荷作用中心不重正负电荷作用中心不重合的分子。合的分子。如如H2O、CO、SO2、NH3.+-+H2在无外场作用下整个分子在无外场作用下整个分子无电矩无电矩。-+OH+H+H2O+- 有极分子对外影响等效为一有极分子对外影响等效为一个电偶极子，个电偶极子，在无外场作用下存在无外场作用下存在在固有电偶极矩固有电偶极矩。第一节 液体和固体介质的极化、电导和损耗2 、电介质的极化电介质的极化定义：电介质由于电场作用，沿电场方向定义：电介质由于电场作用，沿电场方向表面

6、出现束缚电荷，形成偶极子的表面出现束缚电荷，形成偶极子的现象。现象。电子式极化 （2）离子式极化）离子式极化E0E 0E偶极子极化偶极子极化n出现外电场后偶极子沿电场方向转动，作较有出现外电场后偶极子沿电场方向转动，作较有规则的排列，规则的排列， 因而显出极性，这种极化称为因而显出极性，这种极化称为偶极子极化偶极子极化或或转向极化转向极化（4）空间电荷极化）空间电荷极化(夹层极化夹层极化)各种极化表各种极化表极化种类极化种类产生场合产生场合所需时间所需时间能量损耗能量损耗产生原因产生原因电子式极化电子式极化任何电介质任何电介质10-15 s无无束缚电子运行束缚电子运行轨道偏移轨道偏移离子式极化

7、离子式极化离子式结构电离子式结构电介质介质10-13 s几乎没有几乎没有离子的相对偏离子的相对偏移移偶极子极化偶极子极化极性电介质极性电介质10-1010-2 s有有偶极子的定向偶极子的定向排列排列夹层极化夹层极化多层介质的交多层介质的交界面界面10-1 s数小数小时时有有自由电荷的移自由电荷的移动动介电常数介电常数n介电常数介电常数n相对介电常数是反映相对介电常数是反映电介质极化程度的参电介质极化程度的参数数n气体分子间的距离很气体分子间的距离很大，密度很小，气体大，密度很小，气体的极化率很小，一切的极化率很小，一切气体的相对介电常数气体的相对介电常数都接近都接近121210EEr液体电介质

8、的介电常数液体电介质的介电常数n液体电介质的介电常数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，非极性和弱极性电介质如石油、苯、四氯化碳、硅油等， 数值不大，数值不大， 在在1.8 2.5范围内。范围内。n极性电介质极性电介质 如蓖麻油、氯化联苯等，如蓖麻油、氯化联苯等， 数值在数值在2 6范围内。范围内。 还能用作绝缘介质。还能用作绝缘介质。n强极性电介质强极性电介质 如酒精、水等如酒精、水等, 10，其电导也很大，不能用做绝缘材料。，其电导也很大，不能用做绝缘材料。用作电容器浸渍剂时，可使电容器的比电容增大，但通常用作电容器浸渍剂时，可使电容器的比电容增大，但通

9、常损耗都较大。损耗都较大。rrr固体电介质的介电常数固体电介质的介电常数n非极性和弱极性固体电介质非极性和弱极性固体电介质 如聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、石蜡、如聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、石蜡、石棉石棉、无机玻璃等无机玻璃等，电介质只有电子式极化和离子，电介质只有电子式极化和离子式极化式极化， 在在2.0 2.7范围范围；n极性固体电介质极性固体电介质 树脂、纤维、橡胶、虫胶、有机玻璃、聚氯乙烯和树脂、纤维、橡胶、虫胶、有机玻璃、聚氯乙烯和涤纶等涤纶等 较大，一般为较大，一般为36 6；n离子性电介质离子性电介质 如陶瓷，云母等，相对介电常数如陶瓷，云母等，相对介电常数