电介质的极化、电导与损耗特性

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《高电压技术系列》--电介质的极化、电导和损耗

I
I IR IC
IR
IC
～U
I
U
IR
R CP
IC
δ
φ U
在交流电压的作用下，流过电介质的电流 I 包含有功分量IR 和无功分量 IC ，即
I IR IC
此时的介质功率损耗：
P UI cos UIR UIC tan U 2CP tan 式中：ω——电源角频率
φ——功率因数角
δ——介质损耗角 tanδ又称为介质损耗因数
二、气体、液体和固体介质的损耗
1、气体介质损耗当外加电场还不足以引起电离过程，气体中只存在很小的电导损耗（ tanδ〈10-8）；但当气体中的电场强度达到放电起始场强E0时，气体中将发生局部放电，这时的损耗将急剧增大。
2、液体介质损耗
中性和弱极性液体介质（如变压器油）的极化损耗很小，其
主要损耗由电导引起，因而其单位体积损耗率P0可用下式求得
在电场作用下没有能量损耗的理想电介质是不存在的，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某些有损极化（偶极子极化、夹层极化等）引起的损耗，总称介质损耗。
在直流电压的作用下，电介质中没有周期性的极化过程，只要外加电压还没有达到引起局部放电的数值，介质中的损耗将仅由电导所引起，所以用体积电导率和表面电导率两个物理量就已能充分说明问题，不必再引入介质损耗这个概念。
强，具有正r 的温度系数。
三、偶极子极化
有些电介质的分子，如蓖麻油、松香、橡胶、胶木等，在无外电场作用时，其正负电荷作用中心是不重合的，这些电介质称为极性电介质。
电介质
组成极性电介质的每一个分
电极
子成为一个偶极子（两个电荷
极），在外电场作用时，由于偶

第二章液体、固体介质的电气特性..

温度越高绝缘老化得越快寿命越短介质的老化过程固体介质的热老化过程受热带电粒子热运动加剧载流子增多载流子迁移电导和极化损耗增大介质损耗增大介质温升加速老化液体介质的热老化过程油温升高氧化加速油裂解分解出多种能溶于油的微量气体绝缘破坏2
中国石油大学胜利学院
高பைடு நூலகம்压技术
第一篇各类电介质在高电场下的特性
第二章
电介质的等效电路
I I1 I 2 I 3

2.介质损耗角正切
介质损耗有两种：极化损耗、电导损耗直流电压下只有电导损耗交流电压下既有电导损耗，还有周期性极化引起的极化损耗。介质损耗角 =功率因素角的余角介质损耗角的正切tg称为介质损耗因数
P UIcos UI R UIC tg U C p tg
3、杂质的影响
一般来说杂质的含量越高，液体介质击穿电压降低的越多。油中主要的杂质就是水分。
另外还有其他固体杂质，比如含纤维量：纤维的含量即使很少，对击穿电压油很大影响。
4、油量的影响
三、减少杂质影响的方法
由于油中杂质对油隙的工频击穿电压有很大的影响，所以从工程角度考虑，应设法减少杂质的影响，提高油的品质。 1、提高油品质的方法（1）过滤将油中在压力下连续通过滤油机中的大量滤油层，油中杂质（包括纤维、碳粒、树脂、油泥等）被滤纸阻挡，油中大部分的水分和有机酸等也被滤纸纤维吸附，从而大大提高油的品质。（2）祛气常用的方法是先将油加热，在真空中喷成雾状，油中所含水分和气体即挥发并被抽走，然后在真空条件下将油注入电气设备中。
球盖形电极；
对经过过滤处理、脱气和干燥后的油及220KV以上电力设备内的油，应采用球盖形电极进行试验

电介质的极化电导与损耗

纯净液体介质中电流I与外施电压U的关系：
1、区域a 电压和电流关系较符合欧姆定律，即这时液体介质具有一定的较高的体积电阻率。通常所说的液体介质电阻率都是按这个范围来定义的。
2、区域b 电流有饱和趋向但不十分明显。这是因为液体的密度远大于气体，离子相遇的机会多，复合的概率较大，不可能所有的离子都运动到电极，而电压增高时复合概率减小，因而电流就有所增加。
2电极逸出电子由于高电场的作用或由于肖特基效应指在电场作用下热电子发射增加从电极逸出电34可编辑ppt3碰撞电离与气体中产生电子碰撞电离的情况相似在液体中的电子亦因高电场作用被加速到能在碰撞液体分子时使液体分子电离
电介质的极化
一、电介质的极性及分类
偶极子：由大小相等、符号相反、彼此相距为 d 的两电荷（+q，-q）所组成的系统称为偶极子。
（1）弗仑开尔缺陷：格结点上的离子离开晶格结点位置，则在该晶格结点上形成空穴。这种离子和空穴组成的缺陷称为弗仑开尔缺陷。
（2）肖特基缺陷：正、负离子逸出介质表面，而在晶格结点上出现两个空穴，这样组成的缺陷称为肖特基缺陷。
离子电流：晶格结点上的离子以结点为中心振动，在电场的作用下，与晶格缺陷相邻接的位置上的离子有可能落入晶格缺陷，这样，晶格缺陷就能顺序地在晶格中移动，形成离子电流。
1、区域a 电压与电流的关系服从欧姆定律； 2、区域b 电流与电压几乎成指数关系； 3、区域c 电流将随电压更急剧增加直至击穿。
区域a为低电场电导区，区域b、c为高电场电导区。与气体、液体介质相比，它明显地无饱和区。
固体介质中的带电粒子：
（1）电子，从电极中逸出（2）离子，离子电导；（3）传导电子和空穴，电子电导。
低电场电导区以离子电导为主，而高电场电导区以电子电导为主。低电场电导区如果离子的浓度和迁移率一定时，则电流与电压成比例。

5 电介质的极化、电导和损耗

第三章液体和固体介质的电气特性
电介质分类：按状态分气体、液体和固体三类气体介质广泛用作电气设备的外绝缘；液体和固体介质广泛用作电气设备的内绝缘。
常用的液体介质：变压器油、电容器油、电缆油；常用的固体介质：绝缘纸、纸板、云母、塑料、电瓷、玻璃、硅橡胶。电介质的电气特性表现在电场作用下的：
2、介质损耗
交流时流过电介质的电流：
I＝I R＋I C
介质损耗(有功损耗)：
P UI cos＝UIR UIC tan＝CU 2 tan
由上式可见，介质功率损耗P与试验电压、被试品尺寸等因素有关，不同试品间难以互相比较；而对于结构一定的被试品，在外施电压一定时，介质损耗只取决于tan δ。 tan δ被称为介质损耗角正切，它只与介质本身特性有关，与材料尺寸无关，因而不同试品的tan δ可相互比较。
①偶极子极化；②夹层极化
偶极子极化（转向极化）非弹性极化；特点：极化时间较长；频率对极化有影响；有能耗；
（a）无外电场（b）有外电场
温度较低时，T↑→分子间作用力↓→转向容易→极化↑；温度较高时→热运动加剧阻碍转向→极化↓
夹层极化合闸瞬间：
U1 U2
t 0
C2 C1
稳定后： U1
对同类试品绝缘的优劣可用tan δ来代替P对绝缘进行判断。
tanδ的物理含义：表征单位体积均匀介质内能量损失的大小
介质损耗的等值电路分析可用并联等效电路或串联等效电路
Ir U /R 1 tg p I c U C p C p R
U2 Pp U 2 C p tg R
2、影响电介质电导的因素
场强、杂质和温度。
（1）电压（电场强度）：
（2）杂质：

高电压考点答案

1-1、电介质基本电气特性为极化特性、电导特性、损耗特性和击穿特性。

相对介电常数Er，电导率y，介质损耗因数tgδ和击穿电场强度E。

1-2、电介质的极化可分为无损极化和有损极化。

无损极化包括电子式极化和离子式极化，有损极化包括偶极子式极化、空间电荷极化和夹层极化。

无损极化包括电子式极化和离子式极化。

夹层极化是空间电荷极化的一种特殊形式，多层介质相串联的绝缘结构，在加上直流电压的初瞬，各层介质中的电场分布与介质的相对介电常数成反比；稳态时的电场分布则与介质的电导率成反比，在此过程中存在吸收现象。

1-3、电介质的电导与金属的电导有着本质的区别，电介质电导属离子式电导磨碎温度的升高按指数规律增大；金属电导属电子式电导，随温度的升高而减小。

1-4、电介质在电场作用下存在损耗，其中气体电介质的损耗可以忽略不计。

在直流电压作用下电介质的损耗仅为由电导引起的电导损耗，而交流电压作用下电介质的损耗既有损耗，又有极化损耗。

因此，电介质在交流电压下的损耗远大于其直流电压下的损耗。

2-1绝缘介质通常由气体、液体和固体三种形态，其中气体和液体电介质属于自恢复绝缘，固体电介质属于非自恢复绝缘。

2-2气体放电的根本原因在于气体中发生了电离的过程，在气体中产生了带电粒子；而气体具有自恢复绝缘特性的根本原因在于气体中存在去电离的过程，它使气体中的带电粒子消失。

电离和去电离这对矛盾的存在与发展状况决定着气体介质的电气特性。

2-3在气体电离的四种基本特性中，碰撞电离是最基本的一种电离形式。

而在碰撞电离中电子最活跃的因素。

2-4电子崩的概念是汤逊气体放电理论的基础。

汤逊理论是建立在均匀电场、短间隙、低气压的实验条件下，因此它不适合解释高气压、长间隙、不均匀电场中的气体放电现象，对于后者只能用流注放电理论予以解释。

2-5流注放电理论与汤逊放电理论的根本不同点在于流注理论认为电子的碰撞电离和空间光电离是形成自持放电的主要因素，并强调电荷畸变电场的作用。

高电压技术总复习

⾼电压技术总复习第⼀章电介质的极化、电导和损耗⼀、掌握电介质极化的基本形式及特点（1）极化：电介质中的带电质点在电场作⽤下沿电场⽅向作有限位移现象。

（2）电⼦位移极化：负电荷的作⽤中⼼与正电荷的作⽤中⼼不再重合主要特点：1、极化所需时间极短；2、极化具有弹性，不产⽣能量损耗；3、温度对极化的影响较⼩。

（3）离⼦位移极化：在外电场E作⽤下，正、负离⼦将发⽣⽅向相反的偏移，使平均偶极矩不再为零，介质呈现极化。

离⼦式极化的特点：1、极化过程极短；2、极化具有弹性，⽆能量损耗；3、温度对极化有影响：（4）偶极⼦极化：在外电场的作⽤下，偶极⼦受到电场⼒的作⽤⽽发⽣转向，顺电场⽅向作有规律的排列，靠电极两表⾯呈现出电的极性。

偶极⼦式极化的特点：1、极化所需时间极长，故极化与频率有较⼤的关系；2、极化属⾮弹性，有能量损耗；3、温度对极化影响很⼤：极性⽓体介质具有负的温度系数；（5）空间电荷极化：是带电质点（电⼦或正、负离⼦）的移动形成的。

最典型的空间电荷极化是夹层极化。

夹层极化的特点：1、极化所需时间长，故夹层极化只有在低频时才有意义。

具有夹层绝缘的设备断开电源后，应短接进⾏彻底放电以免危及⼈⾝安全，⼤容量电容器不加电压时也应短接；2、极化涉及电荷的移动和积聚，所以必然伴随能量损耗。

⼆、介质的相对介电常数ε0 ——真空的介电常数=8.86×10-14F/cm三、掌握电介质损耗的基本概念、介质损耗因数tanδ概念采⽤介质损耗⾓正切tanδ作为综合反映电介质损耗特性优劣的⼀个指标，测量和监控各种电⼒设备绝缘的tanδ值已成为电⼒系统中绝缘预防性试验的最重要项⽬之⼀。

第⼆章⽓体放电的物理过程⼀、掌握⽓体中带电粒⼦的产⽣和消失1 ⽓体中带电质点的产⽣途径：电⼦获得⾜够的能量跳出最外层轨道，成为⾃由电⼦。

产⽣带电离⼦的过程称为电离（游离），它是⽓体放电的⾸要前提。

⼀是⽓体本⾝发⽣电离（游离）；⼆是⽓体中的固体或液体⾦属发⽣表⾯电离（游离）。

电介质物理及其应用-极化和介损部分

3.介质极化的宏观参数—介电常数
电介质的介电常数(εr)是描述电介质极化的宏观参数.
r
D
解： P cos
00
P
900 0
1800 P
0E
D、E——分别为电介质中电感应强度、宏观电场强度介电常数的意义：用平板电容器为例进行说明
极化前
极化后
Dx = qEi / k
q Ei a Ei k
2
x
4 0 a 3 Ei Ze
a

Ei

qx
e 4 0 a 3
q2 k
e Zex 4 0 a 3 Ei
异性离子的相互作用势能为：
u x q2 b 4 0 x 4 0 x n
n 1 q 解得： k 3
4 0 a
∴离子极化率为： a E
、

i
q 2 4 0 a 3 k n 1
偶极分子位能大小：
u ql E 0 Ei 0 Ei cos
离子中心距离a可以认为是正、负离子的半径之和
a
4 0 r r n 1
α—极化率，单位是Fm2，
P Nμ i N E i
Cm Cm F m2 V/m V
2
所以极化强度P又可表示为：
P 0 r 1 E N Ei
⑤夹层（界面）极化说明：在实际介质中，往往是多种机化并存！
r 1
N E i (克劳休斯Clausius 方程) 0E
建立时间约为10-12~10-13s,当交变电场的特点：频率f<红外光频率时，离子极化来得及建立。

第一章电介质的极化、电导和损耗

U1 U2

t 0
C2 C1
t=
,电压分配将与电导成反比：
C1< C2，而G1>G2，则由上面两式：
一般C2 G2 即C1、C2上的电荷需要重新分配，设
1 1
C
G
U1 U2
可得：

t 0
C2 C1
U1 U2

t
G2 G1
U1 U2

t
G2 G1
t=0时，
U1>U2
t 时， U1<U2
2）极性电介质：杂质离解和自身分子离解共同作用。
3）离子式电介质：离子在热运动影响下脱离晶格移动所形成。
5
2016-3-21
4）影响因素（1）电场强度： E较小，U和I服从欧姆定律，E较大时，U升高，I 增加速度很快，无饱和区。（2）温度：T↑,G↑↑ （3）杂质：杂质含量↑,G↑↑ eg:当纸板的含水量增为百分之几时,固体电介质的体积电导将增大3~4个数量级.
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对于平行平板电容器，极间为真空时：
C0 Q0 0 A U d
电介质的极化是电介质在电场作用下，其束缚电荷相应于电场方向产生弹性位移现象和偶极子的取向现象。介电常数来表示极化强弱。
放置固体介质时,电容量将增大为: 相对介电常数： r
C
Q0 Q' A U d
f 增大，曲线向右移动
因为频率高时，偶极子的转向来不及充分进行
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五、电介质损耗在工程上的意义 1、是选择绝缘材料的依据。
2、判断绝缘材料是否受潮、劣化。
3、使用电气设备时注意使用环境的频率、温度和电压的要求。

2. 第一章电介质极化、电导、损耗

8
§1.2 电介质的电导
二、影响电介质电导的因素
9
1.电场的影响
2.温度的影响
电场↑
温度↑
杂质↑
电导↑
3.杂质的影响
§1.2 电介质的电导
三、电介质在直流电压作用下的吸收现象
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一固体电介质加上直流电压 U,可以观察到流过
电介质电流i 从大到小随时间衰减,最终稳定于
某一数值,此现象就称为吸收现象。
也表征了介质损耗的特性。
2.在交流电压下
tgδ表征介质损耗的大小。
17
§1.3 电介质的损耗
三、影晌tgδ的因素 1.频率
18
2.温度
3.电压
ห้องสมุดไป่ตู้
§1.3 电介质的损耗
四、介质损耗在工程应用上的意义 1.选材；
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2. tgδ值的测量是电气设备绝缘试验中的一个基本项目； 3.合理使用设备。
1
第一章电介质的极化、电导和损耗
2
电介质在电压 (电场 )作用下，会发生极化、电导、损耗和击穿等现象，这是电介质的基本电气特性。认识影响这些电气性能的各种因素以及各现象在工程中的意义。能帮助我们合理地选择和使用绝缘材料，同时为后面的绝缘试验提供了理论基础。
§1.1 电介质的极化
一、电介质的极化（基本概念）电介质在电场作用下，由于束缚电荷的位移或偶极分子的转向，在介质两端面上出现等量异号电荷，对外显示电性的现象，
2.采用组合绝缘时选择介电系数合理搭配的绝缘材料； 3.通过测ε值来判断绝缘材料的受潮情况及含气泡的多少
§1.2 电介质的电导
一、电介质电导的基本概念电介质在电场作用下，有一定电流流过的现象，称为电介质的电导。这是因为在电介质内部还是存在数量很少的带电粒子。表征不同电介质电导过程强弱程度的物理量是电导率γ(或电阻率ρ)。电介质的电阻率一般达109～1022Ω•cm，而导体的电阻率在10-2Ω•cm 以下,可见两者差别之大。

电介质材料的极化和介电特性

电介质材料的极化和介电特性电介质是一类电性能力较差的材料，其极化和介电特性是其重要的物理特性。

本文将以电介质材料的极化和介电特性为主题，探讨其在不同领域的应用以及相关的研究现状。

首先，我们来了解一下电介质材料的极化现象。

在外电场的作用下，电介质内部的正负电荷会发生分离，使得材料内部形成电偶极矩。

这种极化行为可以分为两种类型：定向极化和离子极化。

定向极化是指材料内部的正负电荷沿着电场方向排列，形成电偶极矩；而离子极化是指电场作用下，材料内部的离子移位，形成正负电荷分离的电偶极矩。

接下来，我们来探讨电介质材料的介电特性。

介电特性描述了电介质在外电场作用下的响应规律。

其中，介电常数是介电特性的一个重要参数。

介电常数越大，材料在电场作用下的极化能力越强。

介电常数和电介质材料的极化形式有关，对于定向极化的材料，其介电常数通常较大；而对于离子极化的材料，其介电常数相对较小。

此外，介电损耗也是介电特性的另一个重要参数，它描述了电介质材料在变化的电场中产生的能量损耗。

介电损耗越小，电介质材料的能量储存和传输能力越好。

电介质材料的极化和介电特性在多个领域有着广泛的应用。

在电力系统中，电介质材料常用于电容器中，用于储存和传输电能。

通过合理选择电介质材料，可以增加电容器的容量和性能，提高电力系统的稳定性和效率。

在电子器件中，电介质材料被广泛应用于电容器、绝缘材料等。

电容器的介电特性对于电子器件的性能有着重要影响，合适的电介质材料可以提高器件的工作效率和可靠性。

在通信领域，电介质材料也起到重要的作用。

例如，微波介电常数大的材料可以用于微波天线的设计，提高信号传输的质量和距离。

此外，在光学领域，电介质材料的极化和介电特性也对光的传输和调控起到关键作用。

通过调变电介质材料的极化状态，可以实现对光的折射率和吸收系数的控制，实现光信号传输和光学器件的调节。

目前，对电介质材料的极化和介电特性的研究正得到越来越多的关注。

一方面，科学家们正在探索新的电介质材料，以提高其介电特性和应用性能。

高电压工程基础

第一章电介质的定义及作用：电介质通常称为绝缘介质或绝缘材料，在高电压工程中被广泛地用来将不同电位的导体以及导体与地之间隔离开来，使其保持各自的电位。

电介质的电气特性：极化特性：相对介电常数εr电导特性：电导率γ损耗特性：介质损耗因数tgδ击穿特性：击穿电场强度Eb。

极化：在外加电场的作用下，电介质中的正、负电荷将沿着电场方向作有限的位移或者转向的现象。

（1）电子式极化：在外加电场E的作用下，介质原子中的电子运动轨道将相对于原子核发生弹性位移，原子的正、负电荷作用中心不再重合，形成电矩。

存在于一切物质中；极化所需的时间极短；具有弹性，没有损耗；温度对电子式极化影响不大。

（2）离子式极化：在离子式结构的电介质中当有外电场作用时，正、负离子沿电场方式产生相对位移，使平均偶极矩不再为零，电介质呈现极化。

是弹性极化；极化过程所需的时间很短；无损；温度对此极化存在一定影响。

（3）偶极子极化：在极性分子结构的电介质中，其分子中的正、负电荷中心永不重合，每个极性分子都是偶极子，具有一定的电矩。

当有外加电场作用时，原先排列杂乱的偶极子将沿电场方向转动，作较有规则的排列，从而对外显示出电极性。

转向极化，非弹性；极化所需的时间较长；εr在低温下先随温度的升高而增加，以后当热运动变得强烈时，εr又随温度上升而减小，电源频率增加，εr减小，有损。

（4）空间电荷极化：电介质中存在一些可以迁徙的电子或离子，因而在电场作用下这些带电质点将会发生移动，并聚积在电极附近的介质界面上，形成客观的空间电荷积累，这种极化称为空间电荷极化。

空间电荷极化进行比较缓慢，而且需要消耗能量，属于有损极化。

在电场距离较低的交变电场中容易发生这种极化，而在高频电场中，由于带电质点来不及移动，使这种极化难以发生。

（5）夹层极化：夹层极化是多层电介质组成的复合绝缘中产生的一种特殊的空间电荷极化。

初始电压按介电常数反比分配，稳态电压按电导率反比分配。

电荷要重新分配，这样在两层介质的交界面处会积累电荷，这种极化形式称夹层极化。

电介质和其介电特性基本介电现象

➢ 所以，研究介质损耗旳要点就是研究介质极化形成旳动态过程中产生旳损耗。
电介质理论及其应用
11
电介质在电场作用下旳主要特征
主要判据：
dI dU
dU 0 dI
电介质理论及其应用
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电介质在电场作用下旳主要特征
在均匀电场下：如介质厚度d，介质击穿电压UB
EB
UB d
EB ——介质击穿场强，描述电介质耐电压特征旳
电介质理论及其应用
5
电介质在电场作用下旳主要特征
电导特征是任何一种材料（不论导体、半导体、还是电介质）都具有旳电学性质，并非电介质所特有。但不同材料在电导率旳大小上却相差很远：
例如：一般导体γ=109（S/m ）
绝缘性能良好旳电介质γ=10-18（S/m ）
相差1027倍。
导电机理有明显区别，所以对电介质电导需作专门旳讨论。
所以： r 为温度、电场频率、电场强度旳函数； v 则为温度、电场强度旳函数。
电介质理论及其应用
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电介质在电场作用下旳主要特征
1. 3 介质损耗
在交变电压下，因为极化，使介质中存在电容电流和电导电流。
对电容器而言：希望电容电流大，而引起损耗旳电导电流小。从而引入一种新旳介质物理参数—
—介质损耗角正切tan。
➢ 光具有粒子性，一定频率旳光子具有能量h，它与介质相
互作用将能引起介质中载流子密度和电导率旳变化。
❖ 光与介质旳极化和电导特征都有着亲密旳关系。
电介质理论及其应用
23
电介质旳功能特征
❖ 光照引起电介质电导剧烈增长旳现象是最广泛旳一种光电效应——光电导效应（Photoconduction effect）。这是因为光子进入介质引起介质中束缚电子旳活化，产生新旳导电载流子，使介质旳电导率增大。

第二章_液体、固体电介质的电气性能

对串、并联电路，有：P1=P2
CP
CS
1tg2
一般tgδ＜＜1，即tg2δ 0,
所以CP≈CS=C,则 P=P1=P2=U2ωCtgδ
4.电介质的损耗及其影响因素影响电介质损耗的因素主要有温度、频率和电
压。不同的电介质所具有的损耗形式不同，从而温度、频率和电压对电介质损耗的影响也不同。 5.介质损耗在工程实际中的应用
固体电介质的表面电导主要由表面吸附的水分
和污物引起，介质表面干燥、清洁时电导很小。介
质吸附水分的能力与自身结构有关。有亲水性介质
和憎水性介质。
所以，介质的绝缘电阻实际上是体积电阻和表
面电阻两者的并联值
R RV RS RV RS
RS---表面泄漏电阻
RV---体积泄漏电阻
5.影响电介质电导的主要因素
IEC规定的电工绝缘材料的耐热等级（最高持续温度）：
Y（O） A
E
B
F
H
C
90 105 120 130 155 180 220℃
如果材料使用温度超过上述规定，绝缘材料就将迅速老化，寿命大大缩短。实验表明，对A级绝缘，温度每增加8℃，则寿命缩短一半左右，这通常称为热老化的8℃原则。对B级和H级绝缘材料而言，当温度每升高10℃和12℃时，寿命也将缩短一半。
1.介电常数
组合绝缘的相对介电常数ε为

S
(1 x) x S
x
s --固体电介质的相对介电常数
x --浸渍介质的相对介电常数
2.介质损耗
组合绝缘的组合绝缘的总介质损失角正切为
tg1(t1g xS xS )x 1(t1g xxxS )x
tg S --固体电介质的介质损失角正切

电介质的损耗

电介质的损耗
电介质损耗是电介质（绝缘体）在电场中发生能量损耗的现象。

这种损耗通常与电介质的分子结构、电场频率、温度等因素有关。

以下是一些影响电介质损耗的主要因素以及一些与电介质损耗相关的重要概念：
1.电介质极化：
•电介质在外电场的作用下会发生极化，分为定向极化和非定向极化。

极化过程中，电介质内的分子会受到电场力的
影响而发生相对位移，从而导致损耗。

2.介电损耗：
•介电损耗是电介质中由于分子摩擦、离子运动等引起的能量损耗。

这种损耗通常表现为电介质的电导率增加和功率
因数减小。

3.频率效应：
•电介质损耗通常随着电场频率的增加而增加。

这是因为在高频条件下，电介质分子无法迅速跟随电场的变化，导致
相对于电场的滞后，产生能量损耗。

4.温度效应：
•温度升高通常会增加电介质损耗，因为高温会增加分子运动，增加摩擦和碰撞，导致能量耗散。

5.材料的选择：
•不同的电介质材料对电介质损耗的敏感性不同。

选择合适
的电介质材料对于特定应用中损耗的控制至关重要。

6.电介质的种类：
•不同种类的电介质在电场中的行为有所不同，例如，有机电介质和无机电介质的损耗特性可能有差异。

7.电场强度：
•电介质损耗通常与电场强度有关。

在较大的电场强度下，电介质分子可能经历更大的变形和摩擦，导致更高的损耗。

在电子设备、电力系统和电容器等应用中，对电介质损耗的控制非常重要，因为它可以影响设备的性能和效率。

设计和选择合适的电介质材料以及了解各种影响因素对于减小电介质损耗具有实际意义。

第二章液体、固体电介质的电气性能

2-4 电介质的老化
一、电老化局部放电;电化学过程二、热老化 1、IEC规定的电工绝缘材料的耐热等级（7级）： Y（O）、A、E、B、F、H、C 2、热老化的8℃规则、10 ℃规则、12 ℃规则对A级绝缘，温度每增加8℃，则寿命缩短一半左右。
5、影响电介质电导的主要因素
（1）温度
B
γ AeT
（2）杂质
要注意防潮
6、电介质电导在工程实际中的应用
（1）用来判断绝缘状况
（2）DC作用下，电介质中各层电压分布规律 U 1
U2
G2 G1
（3）表面绝缘电阻的合理应用
a.为了减小表面泄漏电流以提高放电电压，应使表面电阻增大;
b.为了减小表面局部场强以善电场分布，应使表面电阻适当减小。
3、介质损耗的计算及指标（1）DC下用γ即可表达其损耗特性：
PU2 GU2 R
R—介质的绝缘;G电 —阻介质的电导
（2）AC下
P U cI o U sC t Ig U 2 C p tg
式中 tgδ——介质损耗因数，常用百分数
表示 ψ——功率因数角 δ——介质损耗角（δ=90°- ψ）
通常采用tgδ而不用P表示电介质的损耗特性，这是因为 ①P与U、C、ω有关，不便于对不同尺寸的同一绝缘材料进
第二章液体、固体电介质的电气性能
电介质的基本电气性能
极化—— 相对介电常数 εr 电导—— 电导率 γ 损耗—— 介质损耗因数 tgδ 击穿 —— 击穿电场强度bE
2-1 电介质的极化、电导和损耗
一、极化现象及相对介电常数
1、极化的定义
电介质在电场中所发生的
对电容器希望εr大些，对电缆则希望εr小些。（2）设计交流绝缘结构时，应考虑电场的合理分布。

高电压技术(第二章)

工程用变压器油中含有水分和纤维等杂质，由于它们的 r 很大
容易沿电场方向极化定向，排列成杂质小桥：
1. 如果杂质小桥尚未接通电极，则纤维等杂质与油串联，由于
度显著增高并引起电离，于是油分解出气体，气泡扩大，电离增强，这样发展下去必然会出现由气体小桥引起的击穿。
纤维的 r大以及含水分纤维的电导大，使其端部油中电场强
Emax
利用系数： Eav r0 R ＝ ln Emax R r0 r0
Emin
0
r0
三. 影响液体介质击穿电压的因素
1.电压形式的影响击穿电压跟电压的作用时间和电压上升率有关 2. 含水量、含气量 3. 温度
4. 杂质的影响
5. 油量的影响
水分和油温
Ub(kV)
悬浮状水滴在油中是十分有 40 害的，如右图，当含水量为万分之几时，它对击穿电压就有明 20 显的影响，这意味着油中已出现悬浮状水滴；含水量达0.02%时击穿电压已下降至约15kV，比 0 0.02 0.04 含水量(%) 不含水分时低很多。含水量继标准油杯实验续增大击穿电压下降已不多，因为只有一定数量的水分能悬浮于水中，多余的会沉淀到油底部。潮湿的油由0℃开始上升时，一部分水分从悬浮状态转为害处较小的溶解状态，使击穿电压上升；超过80 ℃后，水开始汽化，产生气泡，引起击穿电压下降，从而在60 ℃～80℃间出现最大值
与周围环境温度无关。
2. 热击穿：由于固体介质内部热不稳定性造成。
电压作用下介质损耗，使介质发热发热大于散热时，介质温度不断升高介质分解、熔化、碳化或烧焦
热击穿
特点：
(1)在电压作用下，产生的电导电流和介质极化引起介质损耗，使介质发热． (2)热击穿电压随环境温度的升高而下降,热击穿电压直接与散热条件有关