固体电介质的电起性能
第二章 液体、固体介质的电气特性..
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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
液体和固体介质的电气特性
杂质中εr大
油中电场强度 增高 油分解出气体 气泡扩大
气泡因电 离或发热而 不断扩大， 排列成气体 小桥贯穿两 极，液体最 终在气体通 道中击穿
引起油电离
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第三章 液体和固体介质的电气特性
第二节 液体电介质的击穿 二．影响液体电介质击穿电压的因素
1. 液体介质本身品质的影响
① 含水量 液态水在油中的两种状态： 以分子状态溶解于油中， 对击穿电压影响不大 以乳化状态悬浮在油中， 易形成“小桥”使击穿电 压明显下降 含0.1%的水分，油的击穿电 压降到干燥时的15%~30%
米
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第三章 液体和固体介质的电气特性
第二节 液体电介质的击穿
2. 温度
干燥的油（曲线1）：随油温升 高，电子碰撞电离过程加剧，击 穿电压下降 潮湿的油（曲线2） 温度由0℃开始 上升：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，在60 ℃～80℃间出现最大值
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第三章 液体和固体介质的电气特性
3. 工程液体电解质的击穿（变压器油）
工程液体的特点：含有杂质、纤维等， εr很大（变压器油εr=2.2）
由于水和纤维的εr很大，易沿电场方向发生极化，并排列成杂质小桥。
杂质中电导大 小桥 击穿 理论 水分汽化
泄漏电流增加 ，导致发热
气泡扩大
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第三章 液体和固体介质的电气特性
2. 纯净液体电介质的气泡击穿理论
击穿过程 液体中出现气泡 交流电压下串联介质中电场强度 的分布与介质的εr成反比 气泡εr 最小，将承担高场强，且 电气强度比液体介质低很多 气泡电离后温度 上升、体积膨胀 、密度减小 气泡先发 生电离
固体电介质的原理和应用
固体电介质的原理和应用1. 简介固体电介质是一种材料，具有较高的绝缘性能和电容性能，广泛应用于电子电路、电力传输和储能等领域。
本文将介绍固体电介质的原理和应用。
2. 固体电介质的原理固体电介质材料可以在电场作用下产生极化效应，从而储存电荷并形成电容。
其原理主要包括以下几个方面：•极化效应：固体电介质中的原子或分子在外加电场作用下会发生极化，即正负电荷分离。
这种极化效应导致了固体电介质的电容性能。
•电介质的阻断特性：固体电介质具有良好的绝缘性能，可以阻断电流的流动，使其只通过电容器中的电介质。
•擦除效应：固体电介质经过一段时间后，可以通过施加反向电场来擦除其极化效应，恢复到初始状态。
3. 固体电介质的应用固体电介质作为一种重要的电子材料，在各个领域都有广泛的应用。
以下是固体电介质的几个主要应用场景：3.1 电子电路固体电介质广泛应用于电子电路中的电容器。
固体电介质电容器具有较高的电容值和稳定性，可以用于电源滤波、信号耦合、定时电路等。
其电容值通常比传统的液体电解电容器大，且可以在更宽的温度范围内工作。
3.2 电力传输固体电介质材料在电力传输系统中可用作绝缘材料。
具有良好绝缘性能的固体电介质可以减少电力损耗，并提高电力传输的效率。
此外，固体电介质还可以用于电力传输系统中的电容器，用来储存能量和平衡电压。
3.3 电力储存固体电介质也被用于电力储存设备，如超级电容器。
超级电容器可以快速充放电，具有高能量密度和长寿命的特点，被广泛应用于储能系统、电动汽车等领域。
3.4 传感器固体电介质的极化效应还可以用于制造传感器。
通过测量固体电介质中极化电荷的变化，可以获取环境中的温度、湿度、压力等信息。
固体电介质传感器具有体积小、响应快的特点，适用于各种环境监测和控制系统。
3.5 其他应用除了以上几个主要应用场景外，固体电介质还被用于声学器件、光学器件、温度补偿器等领域。
固体电介质的特性使其在这些领域中有着独特的应用价值。
液体和固体介质的电气特性(2016luo)
② 偶极子极化非弹性，产生能量损耗；
极化中偶极子旋转要克服分子间的作用力，而消耗的电场
能量在复原时无法收回 ③ 温度对偶极子极化影响大
a) 对于极性气体介质
温度↑→分子热运动加剧→阻碍偶极子排列→极化↓ b) 对于极性液体和固体介质（双向作用） 低温下随温度的升高→分子间联系减弱→偶极子转向 容易→极化加强 但当热运动变得较强烈时→分子热运动阻碍极性分子 沿电场取向→极化减弱
极化机理
设Ⅰ、Ⅱ两种介质面积厚度相等，外加电压为直流电压U
①
t=0，合闸瞬间，电容开始充电：电压 分配与电容成反比
U1 U2
t 0
C2 C1
ε1γ1
ε2γ2
②
t=∞，达到稳态，电容充电完毕：电压 分配与电导成反比
直流电压下
U1 U2
t
G2 G1
ε——电介质的介电常数 γ——电介质电导率
极性电介质
由极性分子组成的电介质。
离子性电介质
分子由离子键构成的电介质，只有固体形式。
二．电介质的极化
1. 极化的概念和相对介电常数
① 电介质的极化——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。 实验显示，加同样大小直流电压U 极板中为真空时：极板上电荷量 为Q0； 极板中为固体介质时：极板上电 荷量增加了，为Q0+Q’
ε——电介质的介电常数 γ——电介质电导率
若设C1＜C2、G1＞G2则： t = 0时：U1＞U2 ； t 时：U1 ＜ t =0后，随时间增大， U1减小而U2 增大，总的电压U保 持不变。即C1上一部分电荷要通 过G1放掉，而C2要从电源再吸收 一部分电荷，这一部分电荷称为 吸收电荷。
第二章 液体、固体电介质的电气性能
（4）跟电压有关 • 当E较小时tgδ较小，当E增大到某一临界值时， tgδ将急剧增加（∵出现了电晕损耗，∴可以 制作tgδ=f(U）关系曲线来判断介质中是否存 在局部放电） • 当固体介质中含有气隙时，可能出现局部放电， 使绝缘老化加速，因此常采用干燥、浸油或充 胶等措施来消除气隙。 • 固体介质与金属电极接触处的空气隙，经常采 用短路的办法，使气隙内电场为零。
E1 ε r2 E2 ε r1
（3）介质损耗与极化类型有关 （4）可用来判断绝缘状况
二、电介质的电导
1、定义： 在电场作用下，电介质中的带电质点作定向移动而 现成电流的现象。
2、电介质电导与金属电导的区别 （1）载流子不同（前者：离子;后者：电子） （2）电导率不同（前者：很小;后者：很大） （3）温度系数不同（前者：正的;后者：负的）
●纯净油：击穿过程采用碰撞游离理论，与气体同。即初始 电子向电极运动过程中，碰撞游离导致击穿。 纯净油提炼困难，即使提炼出来，保持也困难。
2、工程用液体电介质的击穿机理
总含有杂质——小桥击穿理论 水、纤维的相对介电常数大 易极化 沿电场定 向排列 形成杂质小桥 电导大 泄漏电流 增加 小桥发热 油、水分汽化 形成气 体小桥 气体中的E比油中高得多（因为与相对 常数成反比） 气体小桥击穿 液体电介质击 穿
5、影响电介质电导的主要因素 （1）温度
B T
γ Ae
（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 G2 U 2 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;
●油电气强度试验： 标准油杯，注入油，击穿五次，取平均值，与标准对比。>标准值，合 格，否则，不合格。
液体、固体电介质特性
直流电压下，绝缘等效为绝缘电阻，各层绝缘承受的电 压与其绝缘电阻成正比；【电气强度高、电导率小的材 料用在电场最强处】
交流和冲击电压下，绝缘等效为电容，各层绝缘承受的 电压与其电容成反比；【电气强度高、介电常数小的材 料用在电场最强处】
U
r1 r2
r0
12
E2
r
2
[
1
1
ln
U r1 r0
1
2
ln
r2 r1
]
优点：绝缘材料的利用率高
实现：电缆绝缘中用不同的绝缘纸。电缆纸的介电常数与密 度有关 ，密度大的纸（高）与低密度纸搭配使用多层分阶27。
2.5 电介质的老化
绝缘老化的成因
➢ 电老化——局部放电 ➢ 热老化——热作用下的氧化 ➢ 环境老化——污染性化学老化
U
(R1
R2
... Rn )I
(1
1
d1 S
1
2
d2 S
...
1
n
dn )I S
1 S
( d1
1
d2
2
...
dn )I
n
RI
I U R
U1
R1I
1
1
d1 S
I
d1
1S
U R
1
(
d1
1
Ud1 d2 ...
2
dn
n
)
E1
U1 d1
1
(
d1
1
U d2 ...
2
dn )
n
1
液体和固体电介质的击穿特性
三、提高液体电介质击穿电压的方法
1. 提高以及保持油的品质 采用过滤等手段消除液体中的杂质，并且防止液体与空气接触从空气中吸收 水分。该方法能够避免形成杂质“小桥”，从而达到提高击穿电压的目的。 2. 复盖层 在金属表面紧贴一层固体绝缘薄层，使“小桥”不能直接接触电极，从而在 很大程度上减小了泄漏电流，阻断了“小桥”热击穿的发展。适用于油本身品质较 差，电场较均匀、电压作用时间较长的情况。在变压器中常利用较薄的绝缘纸包裹 高压引线和绕组导线。
➢ 电压作用时间为数十到数百微秒时，杂质的影响 还不能显示出来，仍为电击穿，这时影响油隙击 穿电压的主要因素是电场的均匀程度；
➢ 电压作用时间更长时，杂质开始聚集，油隙的击 穿开始出现热过程，于是击穿电压再度下降，为 热击穿。
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5、油压的影响
不论电场均匀度如何，工业纯变压器油的工频击穿电 压总是随油压的增加而增加，这是因为油中气泡的电离电 压增高和气体在油中的溶解度增大的缘故。
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（三）工程用变压器油的击穿过程及其特点
可用气泡击穿理论来解释击穿过程，它依赖于气泡的形 成、发热膨胀、气泡通道扩大并积聚成小桥，有热的过程，属 于热击穿的范畴。
由于水和纤维的εr很大，易沿电场方向极化定向， 并排列成杂质小桥。
发生两种情况：
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击穿理论——（3）电化学击穿理论
介质劣化的结果。
介质的局部区域发生局部放电，这种放电并不立即形成贯穿性通道
，而是非完全击穿，它使介质引起化学离解，形成树枝状通道，这 些树枝状通道，随时间推移不断伸长，使绝缘进一步劣化，最终发 展到整个电介质击穿。
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
第二章 液体、固体介质的电气特性
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
（4）在绝缘预防性试验中，通过测量介质的绝缘 电阻和泄漏电流来判断绝缘是否存在受潮或其他 劣化现象。
三、电介质的损耗
1.基本概念
在电场作用下电介质总有一定的能量损耗，电介质的 能量损耗简称介质损耗。 介质损耗的基本形式 由电导引起的损耗，称为电导损耗； 由某些有损极化引起的损耗，称为极化损耗。 电导损耗： 由电介质中的泄漏电流引起，交、直流 电压下都存在，一般很小。 极化损耗：由有损极化所引起的；仅存在于交流电压 下，在直流电场中，极化的建立过程仅在加压瞬间出现一 次，可略去。
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高电压技术
第一篇 各类电介质在高电场下的特性
第二章
液体、固体介质的电气特性
第一节 电介质的极化、电导和损耗
一、电介质的极化
的弹性位移和偶极子的转向现象，称为电介质的极 化。
极化的定义：电介质在常数εr：是综合反应电介质极化 特性的一个物理量。它是表征电介质在电场作用下 极化现象强弱的指标，其值是由电介质本身的材料 决定的。 极化最基本的形式分为电子式、离子式和偶极子 式极化。另外还有夹层介质界面极化和空间电荷极 化等。
2
介质损耗角正切tg等于有功电流和无功电流的 比值。常用百分数（%）来表示。
判断介质 的品质
IR 1 R tg I c UC1 C1 R
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。
2.固体、电介质的电气性能练习题答案
一、选择题1.(D)用来衡量极化的强弱。
A.介质损耗角正切值B.电介质电导C.电介质极化D.相对介电常数2.雷电电压和误操作电压又称为（B）。
A.持续电压B.非持续电压C.冲击电压D.过电压3.束缚电荷在外电场作用下，显示电性的现象称为（D）。
A.击穿B.老化C.放电D.极化4.选择制造电缆的绝缘材料时，希望材料的相对介电系数(B)；选择电容器的绝缘时，希望材料的相对介电系数()。
A.大、小B.小、大C.大、大D.小、小5.不同的绝缘材料，其耐热能力不同,如果长时间在高于绝缘材料的耐热能力下运行，绝缘材料容易(B)。
A.开裂B.老化C.破碎D.起火6.极化时间最长的是（D）极化。
A.电子式B.离子式C.偶极子式D.夹层式7.(C)极化有能量损耗。
A.电子式极化和离子式极化B.离子式极化和偶极子式极化C.夹层式极化和偶极子式极化D.离子式极化和夹层式极化二、判断题1.串联的多层介质在直流电压下，其电压分布与电导成正比。
（×）2.绝缘电阻越大，绝缘性能越好。
（√）3.泄漏电流越小，绝缘越差。
（×）4.用作高压电气设备的绝缘材料，其相对介电常数越大越好。
（×）5.固体介质的击穿形式:电击穿、热击穿和电化学击穿。
（√）6.介质损耗角正切值tanδ越大，绝缘状况越好。
（×）7.过大的泄漏电流在介质中流通会引起介质发热，加速绝缘老化。
（√）8.一般来说，电压作用时间很短的击穿是热击穿。
（×）9.任何电介质都不是绝对的绝缘体，仍存在一定的导电性，只是电介质的绝缘性很好，导电性很差而已。
（√）三、填空题1.电介质极化的四种基本形式是：电子式极化、离子式极化、偶极子式极化和夹层式极化。
2.固体电介质的电导分为_表面电导__和体积电导。
3.电介质的损耗可以分为极化损耗、电导损耗和游离损耗3种形式。
4.利用相对介电常数的大小反映电介质极化的强弱。
四、名词解释1.吸收比2.绝缘电阻3.泄漏电流4.极化五、计算题已知某高压电气设备的tanδ＝0.01，电容量为3000pF，对其施加45kV 的工频交流电压时，求该设备所消耗的有功功率为多少？。
第4章电介质的电气性能
第4章电介质的电气性能
未加外电场时电介质中的粒子
在电介质中各粒子的正、负电荷中心重合 或者各分子的原子(或离子)处在各自的平衡
位 置，均无感应偶极矩 或者极性分子(偶极子)混乱分布，在各个方
向的 合成偶极矩为零
第4章电介质的电气性能
1. 形成分子和聚集态的各种健 离子键：电负性相差很大的原子相遇,相互
发生电子转移,电负性小的原子失去电子成 为正离子,电负性大的原子获得电子成为负 离子.正、负离子由静电库仑力结合成分子， 即正负离子间形成离子键。离子键键能很 高,很多正负离子通过离子键结合形成离子 性固体,如NaCl晶体.大多数无机介质都是靠 离子键结合起来的,如玻璃,云母等.
第4章电介质的电气性能
为什么要讨论电介质：电介Байду номын сангаас放入外场后， 内部结构受外电场的作用而发生变化，并 且反过来影响外电场，使原来的电场分布 发生变化，同时也使其它的物理性能发生 变化。我们有必要对变化后的物理量进行 讨论。
电介质的主要用途：利用大介电常数构成 电容器;利用高绝缘阻抗构成电工绝缘材料; 驻极体、压电体、 热敏元件等等
1.电介质极化的基本形式 位移极化
电子位移极化 离子位移极化
转向极化 空间电荷极化 夹层介质界面极化
第4章电介质的电气性能
电子位移极化:介质中的原子,分子或离子中的电子 在外电场的作用下,使电子轨道相对于原子核发生 位移,从而产生感应电矩的过程.
第4章电介质的电气性能
1. 形成分子和聚集态的各种健 分子由原子或离子组成;气体,液体和固体是
3种聚集态,是由原子,离子或分子组成. 键代表质点间的结合方式,分子及3种聚集态
液体和固体电介质的绝缘性能
四、气体电介质的电导是由气体分子本身及气体中杂质离解出来 的带电粒子形成的，其值很小。
液体电介质的电导一种是由液体本身的分子和杂质的分子离解 的带电粒子形成的离子电导，另一种是由液体中胶体质点吸附电 荷后变成带电质点构成的电泳电导。
为10-6—10-2Ω·m
一、试验电路
二、等值电路
§2.2电介质的电导
1、由电源对电介质等效电容 充电建立电场及快速无损极化 形成的电流ic称为几何电容电 流。由于其是纯容性的，所以 可以用一个电容C0来等值。
2、由慢速有损极化形成的电流ia 称为吸收电流。由于是由极化形 成的，可以等值出电容Ca，1电介质的极化
• 在两电极间加入厚度与极间距
相同的固体电介质重新完成试
验。发现极板上的电量增加了
-+
Q’，Q=Q0+Q’。问Q’这些电量
-+
是如何来的呢？
解释：来源于固体电介质的极化。 固体介质内部形成一个极性与外 加电压方向相反的附加电场，为 保持两极板间电压不变，电源需 要再提供Q’这些电量来平衡附加 电场。在电场的作用下，电介质 相对电极两面呈现电性的现象称 为极化。
特点： 1）速度慢； 2）非弹性的； 3）消耗能量。
§2.1电介质的极化
• 极化可以归纳为空间电荷的弹性位移或转向及电荷的重新分配； 也可以归纳为快速的无损极化和慢速的有损极化。
• 研究极化的意义： • 1、选择制造电容的绝缘材料时，一方面注意材料的绝缘强度，另
一方面希望介电常数要大； • 2、在交流及冲击电压作用下，多层串联电介质中的场强分布与介
液体和固体介质的电气特性 (2)
4、电压作用时间 击穿电压随电压作用时间的增加而下降。
5、油压的影响 工频击穿电压随油压 的增加而提高。 ①气泡的电离电压提高；②气体 （因为油中的气泡等杂质不影响冲击击 穿电压）
第三节 固体介质的击穿
• 固体是非自恢复绝缘-----固体介质击穿后， 会留下放电痕迹，如烧穿、熔化、裂缝等， 从而永远丧失其绝缘性能。
“油-屏障”式绝缘中应用的固体杂质有三种不同的形式：
1、覆盖：紧紧包在小曲率半径电极上的薄固体绝缘层。
电场越均匀杂质小桥对油隙击穿电压的影响越大，采用覆盖的 效果也越显著。
2、绝缘层：当覆盖的厚度增大到能分担一定电压时，即成为绝 缘层，一般厚度为数毫米到数十毫米。
3、屏障：如果在油隙中放置尺寸较大、形状与电极相适应、厚 度为1~5mm的层压纸板（筒）或层压布板（筒）屏障，那么他既能 阻碍杂质小桥的形成，又能像气体介质中的屏障那样拦住一部分带 电粒子，使原有电场变得比较均匀，从而达到提高油隙电气强度的 目的。
• 电导损耗：直流电压、交流电压均存在 • 极化损耗：由有损极化引起，
– 如极性介质中周期性的偶极子极化、 夹层极化
– 仅交流电压存在。 • 施加直流电压：仅有电导损耗
– 可用体积电导率和表面电导率描述
• 施加交流电压：电导损耗和极化损耗同 时存在。
电介质损耗的测量
• 测量电路和交流电流的相量图 • 介质损耗公式：
介电常数 、介质损耗角正切 tan和击穿电场强度
（简称击穿场强）Eb来表示。
一切电介质在电场作用下都会出现极化、电导 和损耗等电气物理现象。
第一节 液体和固体介质的极化、电导和损耗 一、电介质的极化
极化-----介质在电场的作用下，其束缚电荷 相应于电场方向产生了弹性位移或偶极子转向， 对外显示出极性。
液体、固体电介质的电气性能
电子设备
在电子设备中，液体和固体电介质都有广泛的应用。液体 电介质常用于电容器和电解池中，作为绝缘和隔阂。同时 ，某些液体电介质还具有导电性，可用于制造电池和电导 电薄膜等元件。
固体电介质在高压设备中同样发挥绝缘作用。例如，在高压电缆中，固体电介质可以防止电流从导体 泄漏到周围介质中。此外，某些固体电介质还具有较高的介电常数和耐压强度，可用于制造绝缘子和 高压开关设备的绝缘件等元件。
04 电介质性能的测试和评估
绝缘电阻测试
绝缘电阻是衡量电介质绝缘性能的重要参数，通过测量电介质在施加直流 电压下的电阻值来评估其绝缘性能。
绝缘强度
01
绝缘强度是指电介质在一定条 件下能够承受的最高电场强度 ，是衡量电介质绝缘性能的重 要指标。
02
绝缘强度的大小取决于材料内 部电子的束缚程度、分子结构 以及温度、湿度和压力等外部 条件。
03
固体电介质的绝缘强度通常用 耐压试验来测量，即在一定的 试验条件下，电介质能够承受 的最高电压值。
电介质的电气性能会受到温度和压力的影 响。随着温度的升高或压力的增大，电介 质的绝缘电阻和电击穿强度可能会降低， 而介质损耗角正切值可能会增大。
在实际应用中，需要考虑到温度和压 力对电介质性能的影响，以确保其正 常工作和安全性。
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介质损耗
01
介质损耗是指液体电介质在电场作用下能量的损失，是衡量液 体电介质电气性能的重要参数。
02
介质损耗的大小与液体电介质的电导率、温度、频率等因素有
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固体电介质的电气性能
一、电介质：能在其中持久建立静电场的物质。
二、分类：非极性及弱极性电介质、偶极性电介质和离子性电介质。
三、电介质的极化：电子位移化、离子位移化、转向极化、夹层介质界面极化和空间电荷极化。
四、固体介电常数：非极性及弱极性固体电介质（介点常数：2.0~2.7）、偶极性固体电介质（介点常数：
3~6）、离子性电介质（介点常数：5~8）。
五、固体电介质的电导
体积电导
微观上是由电介质或杂质的离子造成电导，宏观上由于纤维材料或多孔性材料易吸水，电阻率较低。
表面电导
干燥清洁的固体介质的表面电导很小，主要是由表面吸附的水分和污物引起的，介质吸附水分的能力与自身结构有关，是介质本身固有的性质。
固体介质可按水滴在介质表面的浸润情况分为憎水性和亲水性两大类，如下图1所示。
如果水滴
的内聚力大于水和介质表面的亲和力，则表现为水滴的接触角大于90。
，
即该固体材料为憎水性材料。
憎水性材料的表面电导小，表面电导受环境湿度的影响较小。
非极性和弱极性介质材料如石蜡、硅橡胶、硅树脂等都属于憎水性材料。
如果水滴的内聚力小于水和介质表面的亲和力，则表现为水滴的接触角小于90。
，即该固体材料为亲水性材料。
亲水性材料的表面电导大，且表面电导受环境湿度的影响大，偶极性和离子性介质材料都属于亲水性材料。
采取使介质表面洁净、干燥或涂敷石蜡、有机硅、绝缘漆等措施，可以降低介质表面电导。
图
1
六、电介质的能量损耗
在交流电压作用下介质的能量损耗除漏导损失，还有极化损失。
图2为介质在交流电压作用下，流过介质的电流U 和I 间的向量图。
由于存在损耗，U 和I 之间的夹角不再是90度，Ic 代表流过介质总
的无功电流，Ir 代表流过介质总的有功电流，Ir 包括了漏导损失和
极化损失。
从直观上看，若Ir 大，则损失大，因此用介质损失角正
切值tan δ代表在交流电压下的损耗。
tanδ= Ir / Ic
漏导电流，又称为泄漏电流，是由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，随温度上升，电阻率下降。
非极性及弱极性固体电介质、结构较紧密的离子性介质，极化形式主要是电子位移极化和离子位移极化，没有能量损耗，这类介质的损耗主要由漏导决定。
这类介质的tanδ较小，象云母、聚乙烯、硅橡胶等都是这类材料。
偶极性固体介质、结构不紧密的离子性介质，除具有漏导损失外，还有极化损失。
tanδ的意义
1、选择绝缘材料tanδ过大会引起绝缘介质严重发热，甚至导致热击穿。
2、在预防性试验中判断绝缘状况如果绝缘材料受潮或劣化，tanδ将急剧上升，可通过tanδ和
U的关系曲线来判断是否发生局部放电。
七、固体电介质的击穿
电击穿固体电介质中存在的少量传导电子，在电场加速下与晶格结点上的原子碰撞，从而击穿。
特点是电压作用时间短，击穿电压高，击穿电压和介质温度、散热条件、介质厚度、频率等因素都无关，但和电场的均匀程度关系极大。
热击穿由于电介质在电场中会逐渐发热升温，温度的升高又会导致固体电介质电阻的下降，使电流进一步增大，损耗发热也随之增大。
在电介质发热和散热的平衡过程中，如果温度过高，会引起电介质的分解炭化，最终击穿，成为热击穿。
电化学击穿在电场的长时间作用下逐渐使介质的物理、化学性能发生了不可逆的劣化，最终导致击穿，称为电化学击穿或电老化。
电老化的类型有电离性老化、电导性老化和电解性老化。
前两种是在交流电压下产生，后一种主要在直流电压下产生。
有机电介质表面绝缘性能的破坏，还有漏电起痕。
1、电离性老化在介质夹层或介质内部如果存在气隙或气泡，在交变场下气隙或气泡的场强会
比邻近固体介质内的场强大得多，而气体的起始电离场强又比固体介质低得多，所以气隙或气泡内很容易发生电离。
气隙或气泡的电离，造成邻近绝缘物的分解、破坏，并沿电场方向逐渐向绝缘层深处发展，在有机绝缘材料中放电发展通道会呈现树枝状，称为“电树枝”。
2、电导性老化如果在两电极之间的绝缘层中存在液态导电物质（如水），则当该处场强超过某
定值时，该液体会沿电场方向逐渐深入绝缘层中，形成近似树状的痕迹，称为“水树枝”。
产生水树枝的原因是水或其它电解液中的离子在交变电场下反复冲击绝缘物，使其发生疲劳损坏和化学分解。
电解液便随之逐渐渗透、扩散到绝缘深处。
3、电解性老化在直流电压的长期作用下，即使所加电压远低于局部放电的起始电压，由于介
质内部进行着电化学过程，电介质也会逐渐老化，最终导致击穿。
无机绝缘材料在直流电压长期作用下，也存在显著的电解性老化。
4、表面漏电起痕及电蚀损在潮湿、脏污的介质表面会流过泄露电流，在电流密度较大处会先
形成干燥带，电压分布随之不均匀，在干燥带上会分担较高电压，从而会形成放电小火花。
此种放电现象会使绝缘体表面过热，局部炭化、烧蚀，形成漏电痕迹，漏电痕迹的持续发展可能逐渐
形成沿绝缘体表面贯通两端电极的放电通道。
八、影响固体电介质击穿电压的主要因素
1、电压作用时间
电压作用时间越长，击穿电压越低。
当电压作用时间足够长，以致引起热击穿或电老化时，击穿电压急剧下降。
因此在选择绝缘材料、绝缘结构、工作场强等时，一定要注意长期电气强度。
2、温度
环境温度高到一定程度，电击穿转为热击穿，击穿电压大幅度下降。
3、电场均匀程度
在均匀电场中，击穿电压随介质厚度的增加而线性增加，在不均匀电场中，介质厚度越大，电场越不容易均匀，击穿电压不再直线上升。
当介质厚度增加到散热困难出现热击穿时，继续增加介质厚度就没意义。
4、电压种类
冲击击穿电压比工频峰值击穿电压高，直流电压下固体电介质损耗小，直流击穿电压也比工频峰值击穿电压高，高频下局部放电严重，发热也严重，其击穿电压最低。
5、累积效应
固体绝缘的损伤是不可恢复性损伤，因此具有累积效应。
6、受潮
对不易吸潮的材料，受潮后击穿电压下降一半左右，对易吸潮的材料，受潮后击穿电压可能仅剩几百分之一。
7、机械负荷
机械应力可能造成绝缘材料的开裂、松散，使击穿电压下降。