5 电介质的极化、电导和损耗
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r
3、在绝缘预防性试验中，夹层极化现象可用来判断绝缘受 潮的情况。 气体：一切气体的都接近1； 液体：非极性和弱极性电介质 1.8～2.8 强极性电介质 3～6 固体：非极性和弱极性电介质 2～2.7 强极性电介质 3～6 离子性电介质 5～8
电介质的相对介电常数 r
2.2 电介质的电导
电导率表征电介质导电性能的主要物理量，其倒数为电阻率。
四、绝缘电阻的特点
(1) 测量介质或设备的 R 时应加压1或10分钟； (2)
R 具有负的温度系数，而金属电阻具有正的温度系数；
(3) 由于 R 与外加电压有关，在临近击穿时有显著的迅 速增加自由电子的导电现象， 造成 R 剧烈下降； (4)对于固体电介质，还必须注意区分体积电阻RV和表面电 阻RS，由于受外界影响(如受潮、胀污等)很大，不能用RS 来说明绝缘内部问题。
4、表面电导：对固体介质，由于表面吸附水分和污秽存在表 面电导，受外界因素的影响很大。所以，在测量体积电阻 率时，应尽量排除表面电导的影响，清除表面污秽、烘干 水分、在测量电极上采取一定的措施。
二、电介质的泄漏电流和绝缘电阻
i=i1+i2+Ig I1－充电电流：无损极化对应的 纯电容电流，又称快极化电流； I2－吸收电流：为有损极化对应 的电流(主要为夹层极化)，又称慢极化电流； Ig－泄漏电流： 介质中少量离子或电子移动形成的电流，即电导电流。
与此稳定电流值相对应的电阻值称为电介质的绝缘电阻，即
三、影响电介质电导的因素
R
U Ig
1、电压（电场强度）： 电导电流随电压增大而增大
2、杂质： （1）液体介质：
杂质是液体介质中带电质点的重要来源。 中性液体离子主要来源于杂质分子的离解； 极性液体除杂质外本身分子也易离解，所以同等条件 下，其电导率比中性液体要大。
导电性能 介电性能 电气强度 表征参数： 电导率(绝缘电阻率)γ 介电常数ε 介质损耗角正切tanδ 击穿电场强度
本次课程的目的要求:
1、掌握极化、电导(绝缘电阻) 的概念 2、能说明极化的种类和特点 3、能解释吸收现象 4、能说明介质电导形成的原因及影响因素
2.1 电介质的极化
二、极化种类
1、无损极化：
(1)电wk.baidu.com式极化
①电子式 ②离子式 特点：极化时间很短； 各种频率下均可发生， 与外加频率无关； 具有弹性，无损耗； 温度影响不大。 (2) 离子式极化 特点：极化时间稍长； 与频率无关； 弹性极化，无损； 温度对极化有影响：
2、有损极化： ①偶极子 ②夹层极化
(1) 偶极子极化 特点： 极化时间较长； 非弹性极化； 有能耗； 频率对极化有影响；
离子式结构电 介质
极性电介质 多层介质 交界面
空间电荷
电极附近
三、电介质极化在工程上的意义
1、组合绝缘要注意各种材料 r 值的配合。在交流及冲击电 压下，各层电压分布与其 r 成反比，选择 r 使各层介质电 场分布较均匀。
r
2、选择设备绝缘材料时，要根据不同目的选择不同的 r 。
一、电导的分类
电介质电导分为离子电导、电子电导 1、电子电导：一般很微弱，因为介质中自由电子数极少； 如果电子电流较大，则介质已被击穿。 2、离子电导： 本征离子电导：极性电介质本身离解呈现的电导； 杂质离子电导：在中性和弱极性电介质中，主要是杂质离解 呈现的电导。 3、电泳电导： 载流子为带电的分子团，通常是乳化态的胶体粒子（如绝 缘油中悬浮胶粒或细小水珠）吸附电荷变成了带电粒子。
极化结果： 等值电容增大；夹层界面堆积电荷产生极性
极化特点： 与分子结构无关；极化时间长（G很小）； 有能耗，负的温度系数。
各种极化类型的比较
极化类型 电子式 离子式 偶极子式 夹层介质 界面 产生场合 任何电介质 极化时间(s) 10-15 10-13 10-10～10-2 10-1～数小时 极化原因 束缚电荷的位移 离子的相对偏移 偶极子的定向排列 自由电荷的移动 能量损耗 无 几乎无 有 有
（2）固体介质： 杂质也是固体电介质体积电导的重要来源， 杂质含量增大时，体积电导会明显增大。
中性或弱极性固体介质的体积电导主要由杂质离解引起； 极性固体介质除此外本身分子离解为自由离子也是形成 体积电导的主要因素。
3、温度：
固体、液体介质的电导率与温度T 的关系： 式中：A、B 为与介质有关的常数，其中固体介质的常数B 通常比液体介质的B 值大的多。T为绝对温度，单位为K。 该式表明, 介质的电导随温度T按指数规律上升。
（a）无外电场 （b）有外电场
温度影响：T↑→转向容易→极化↑；T↑↑→热运动加剧阻 碍转向→极化↓ (2)夹层极化 合闸瞬间： U1 U2
t 0
C2 C1
稳定后：
U1 U2
t
R1 G2 R2 G1
一般介质不均匀，于是要有 一电压重新分配过程，亦即 C1、C2上电荷重新分配，在 此过程中，分界面上将集聚 起多余的电荷，从而显出极 性来。
五、电介质电导的工程意义
1、电导是绝缘预防性试验的依据； 2、直流电压作用下分层绝缘时，各层电压分布与电阻成 正比，选 择合适的电阻率可实现各层间合理分压； 3、注意环境、湿度对固体介质表面电阻的影响； 4、工程上有时要设法减小绝缘电阻以改善电压分布。
思考题
1-1、1-5、1-6
补充思考题：
金属材料的电导与电介质电导的区别是什么？
一、介质的极化和介电常数
1、极化定义
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。
2、介电常数
表示极化强弱的一个物理量。 以真空平板电容器为例分析：
极化前：
Q0 0 A C0 U d
极化后： C Q Q0 Q A
U
U
d
为保持场强不变，极板上电荷必然会增加，以抵消极化电荷 产生的反电场. C Q0 Q A / d r 是反映电介质极化特性 r C0 Q0 0 A / d 0 的一个物理量。与温度有关 气体 r 接近于1，因密度小、极化率低；液体和固体多在 2～6之间。 用于电容器的绝缘材料，希望选用 r 大的介质，可使单位 电容的体积和重量减小。 其他电气设备中总是选 r 较小的介质，因介质损耗较小。 采用 r 较小绝缘材料可减小电缆的充电电流、提高套管的 沿面放电电压等。 采用组合绝缘时应注意各种材料 r 值之间的配合，在交流 电压下，串联多层介质的场强分布与介质的 r 成反比。
第二章 介质的极化、电导和损耗(1)
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：
3、在绝缘预防性试验中，夹层极化现象可用来判断绝缘受 潮的情况。 气体：一切气体的都接近1； 液体：非极性和弱极性电介质 1.8～2.8 强极性电介质 3～6 固体：非极性和弱极性电介质 2～2.7 强极性电介质 3～6 离子性电介质 5～8
电介质的相对介电常数 r
2.2 电介质的电导
电导率表征电介质导电性能的主要物理量，其倒数为电阻率。
四、绝缘电阻的特点
(1) 测量介质或设备的 R 时应加压1或10分钟； (2)
R 具有负的温度系数，而金属电阻具有正的温度系数；
(3) 由于 R 与外加电压有关，在临近击穿时有显著的迅 速增加自由电子的导电现象， 造成 R 剧烈下降； (4)对于固体电介质，还必须注意区分体积电阻RV和表面电 阻RS，由于受外界影响(如受潮、胀污等)很大，不能用RS 来说明绝缘内部问题。
4、表面电导：对固体介质，由于表面吸附水分和污秽存在表 面电导，受外界因素的影响很大。所以，在测量体积电阻 率时，应尽量排除表面电导的影响，清除表面污秽、烘干 水分、在测量电极上采取一定的措施。
二、电介质的泄漏电流和绝缘电阻
i=i1+i2+Ig I1－充电电流：无损极化对应的 纯电容电流，又称快极化电流； I2－吸收电流：为有损极化对应 的电流(主要为夹层极化)，又称慢极化电流； Ig－泄漏电流： 介质中少量离子或电子移动形成的电流，即电导电流。
与此稳定电流值相对应的电阻值称为电介质的绝缘电阻，即
三、影响电介质电导的因素
R
U Ig
1、电压（电场强度）： 电导电流随电压增大而增大
2、杂质： （1）液体介质：
杂质是液体介质中带电质点的重要来源。 中性液体离子主要来源于杂质分子的离解； 极性液体除杂质外本身分子也易离解，所以同等条件 下，其电导率比中性液体要大。
导电性能 介电性能 电气强度 表征参数： 电导率(绝缘电阻率)γ 介电常数ε 介质损耗角正切tanδ 击穿电场强度
本次课程的目的要求:
1、掌握极化、电导(绝缘电阻) 的概念 2、能说明极化的种类和特点 3、能解释吸收现象 4、能说明介质电导形成的原因及影响因素
2.1 电介质的极化
二、极化种类
1、无损极化：
(1)电wk.baidu.com式极化
①电子式 ②离子式 特点：极化时间很短； 各种频率下均可发生， 与外加频率无关； 具有弹性，无损耗； 温度影响不大。 (2) 离子式极化 特点：极化时间稍长； 与频率无关； 弹性极化，无损； 温度对极化有影响：
2、有损极化： ①偶极子 ②夹层极化
(1) 偶极子极化 特点： 极化时间较长； 非弹性极化； 有能耗； 频率对极化有影响；
离子式结构电 介质
极性电介质 多层介质 交界面
空间电荷
电极附近
三、电介质极化在工程上的意义
1、组合绝缘要注意各种材料 r 值的配合。在交流及冲击电 压下，各层电压分布与其 r 成反比，选择 r 使各层介质电 场分布较均匀。
r
2、选择设备绝缘材料时，要根据不同目的选择不同的 r 。
一、电导的分类
电介质电导分为离子电导、电子电导 1、电子电导：一般很微弱，因为介质中自由电子数极少； 如果电子电流较大，则介质已被击穿。 2、离子电导： 本征离子电导：极性电介质本身离解呈现的电导； 杂质离子电导：在中性和弱极性电介质中，主要是杂质离解 呈现的电导。 3、电泳电导： 载流子为带电的分子团，通常是乳化态的胶体粒子（如绝 缘油中悬浮胶粒或细小水珠）吸附电荷变成了带电粒子。
极化结果： 等值电容增大；夹层界面堆积电荷产生极性
极化特点： 与分子结构无关；极化时间长（G很小）； 有能耗，负的温度系数。
各种极化类型的比较
极化类型 电子式 离子式 偶极子式 夹层介质 界面 产生场合 任何电介质 极化时间(s) 10-15 10-13 10-10～10-2 10-1～数小时 极化原因 束缚电荷的位移 离子的相对偏移 偶极子的定向排列 自由电荷的移动 能量损耗 无 几乎无 有 有
（2）固体介质： 杂质也是固体电介质体积电导的重要来源， 杂质含量增大时，体积电导会明显增大。
中性或弱极性固体介质的体积电导主要由杂质离解引起； 极性固体介质除此外本身分子离解为自由离子也是形成 体积电导的主要因素。
3、温度：
固体、液体介质的电导率与温度T 的关系： 式中：A、B 为与介质有关的常数，其中固体介质的常数B 通常比液体介质的B 值大的多。T为绝对温度，单位为K。 该式表明, 介质的电导随温度T按指数规律上升。
（a）无外电场 （b）有外电场
温度影响：T↑→转向容易→极化↑；T↑↑→热运动加剧阻 碍转向→极化↓ (2)夹层极化 合闸瞬间： U1 U2
t 0
C2 C1
稳定后：
U1 U2
t
R1 G2 R2 G1
一般介质不均匀，于是要有 一电压重新分配过程，亦即 C1、C2上电荷重新分配，在 此过程中，分界面上将集聚 起多余的电荷，从而显出极 性来。
五、电介质电导的工程意义
1、电导是绝缘预防性试验的依据； 2、直流电压作用下分层绝缘时，各层电压分布与电阻成 正比，选 择合适的电阻率可实现各层间合理分压； 3、注意环境、湿度对固体介质表面电阻的影响； 4、工程上有时要设法减小绝缘电阻以改善电压分布。
思考题
1-1、1-5、1-6
补充思考题：
金属材料的电导与电介质电导的区别是什么？
一、介质的极化和介电常数
1、极化定义
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。
2、介电常数
表示极化强弱的一个物理量。 以真空平板电容器为例分析：
极化前：
Q0 0 A C0 U d
极化后： C Q Q0 Q A
U
U
d
为保持场强不变，极板上电荷必然会增加，以抵消极化电荷 产生的反电场. C Q0 Q A / d r 是反映电介质极化特性 r C0 Q0 0 A / d 0 的一个物理量。与温度有关 气体 r 接近于1，因密度小、极化率低；液体和固体多在 2～6之间。 用于电容器的绝缘材料，希望选用 r 大的介质，可使单位 电容的体积和重量减小。 其他电气设备中总是选 r 较小的介质，因介质损耗较小。 采用 r 较小绝缘材料可减小电缆的充电电流、提高套管的 沿面放电电压等。 采用组合绝缘时应注意各种材料 r 值之间的配合，在交流 电压下，串联多层介质的场强分布与介质的 r 成反比。
第二章 介质的极化、电导和损耗(1)
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：