电介质极化、电导和损耗

E0
2.离子位移极化
极化机理：正负离子位移 介质类型：离子性介质 建立极化时间：极短，10-12~10-13 s 极化程度影响因素：
电场强度（有关） 电源频率（无关） 温度（随温度升高而增加） 极化弹性：弹性 消耗能量：极微
3.转向极化
偶极子极化
E0
E0
极化机理：极性分子转向 介质类型：偶极性及有离子弛豫性极化的离子性介质 建立极化时间：需时较长，10-610-2 s 极化程度影响因素：
夹层式（界面）极化
G1 P G2
A
B
C1
U C2
U
当t=0: U 1 C 2
U 2 C1
当t=∞:
U1 G2 U 2 G1
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❖一般情况下： C 2 G 2
C1 G1
❖ 电荷从t=0到t=∞时会重新分配，在介质的交界面 处积累电荷。这些电荷形成的极化形式称夹层式 （界面）极化。
❖ 电力系统的过电压： 3.过电压的成因与限制措施。
三、高电压学科的特点
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1 输变电设备的状四态、及研绝缘究监课测题预报
2 OVT & OCT
3 输变电设备的介质损耗、局部放电测量
4 系统谐振及防止方法
5 电磁兼容问题
6 Lightning的研究、防护方法
7 气体放电理论与应用
8 新绝缘材料研究
§1-1 电介质的极化(dielectric polarization)
极化：在外加电场的作用下，电介质中的正、负电 荷沿电场方向作有限位移或转向，形成电矩（偶极 矩）
Q Q0
U
(a)
Q Q0 Q'
U
(b)
固体介质表面出现束缚 电荷
CQ0Q' A
Ud
相对介电常数
r
0
Q0Q' C Q0 C0
气体的介电常数随温度的升高略有减小， 随压力的增大略有增加，但变化很小
部分气体的相对介电常数（环境条件 20℃, 1 atm）
气体种类
氦 氢 氧 氮 甲烷 二氧化碳 乙烯 空气
相对介电常数
1.000072 1.000027 1.00055 1.00060 1.00095 1.00096 1.00138 1.00059
➢ 组合绝缘的配合
对于多层介质，在交流及冲击电压下，各 层电压分布与其成反比，要注意选择，使各 层介质的电场分布较均匀，从而达到绝缘的合 理应用
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➢ 极化类型影响介质损耗，从而影响绝缘劣 化和热击穿
极化形成和介质损失有关，要掌握不同极 化类型对介质损失的影响。
➢ 电气预防性试验项目的理论根据
在绝缘预防性试验中，夹层极化可用来判 断绝缘受潮情况。
高电压技术 High Voltage Technology
电力工程系
绪论
❖ 课程地位：电气工程专业平台课之一 ❖ 课程学时安排：讲课40学时，实验16学时
(独立开课) ❖ 成绩评定：考试70％＋(考勤＋课堂回答问
题+作业)30％
❖ 教材：《高电压技术》（第四版）沈其工等编
❖ 参考书：
《高电压工程》，中国电力，林福昌 《电网过电压教程》，中国电力，陈维贤 《高电压试验技术》，清华，张仁豫 《高电压技术》，中国电力，赵智大
❖极化的时间常数：(C 1C 2)/G (1G 2)
高压绝缘介质的电导G通常都很小，因此夹层 极化只有在低频时才有意义。
❖同样，去掉外加电压后，释放极化电荷的时间也很 长。注意安全。
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为便于比较，将上述各种极化列为下表
极化种类
产生场合
所需时间
电子位移极化 任何电介质
10-15 s
离子位移极化
离子式结构电 介质
9 接地网的优化、地中电流的研究
10 污秽及防止方法、新型绝缘子的研究
11 其他领域：环境保护、表面处理、可再生能源、
国防领域等
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第一篇：高电压绝缘及试验
❖ 第一章 ❖ 第二章 ❖ 第三章 ❖ 第四章
度
电介质的极化、电导和损耗 气体放电的物理过程 气隙的电气强度 固体、液体和组合绝缘的电气强
第一章 电介质的极化、电导与损耗
例如，水分侵入电介质后，使材 料的介电常数增大， 同时水分能增强夹层式极化 作用，因此，通过测量材料 的相对介电常数，就 能判断电介质受潮程度。
§1-2 电介质的介电常数
相对介电常数及其物理意义
相对介电常数是反映电介质极化程度的物理量
1 气体电介质的介电常数
气体分子间的距离很大，密度很小，气 体的极化率很小，一切气体的相对介电 常数都接近1
电场强度（有关） 电源频率（有关） 温度（低温段随温度增加，温度较高时降低）
极化弹性：非弹性 消耗能量：有
4.空间电荷极化
极化机理：正负离子移动 介质类型：含离子和杂质离子的介质 建立极化时间：很长 极化程度影响因素：
电场强度（有关） 电源频率（低频下存在） 温度（有关） 极化弹性：非弹性 消耗能量：有
2 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，r数值不大，
在1.82.8范围内。介电常数和温度的关系和单位 体积中的分子数与温度的关系相似。
➢ 极性电介质
如蓖麻油、氯化联苯等，r数值在46范围内，
还能用作绝缘介质。
➢ 强极性电介质
如酒精、水等，r>10，此类液体电介质用作
电容器浸渍剂，可使电容器的比电容增大，但通常 损耗都较大。
10-13 s
转向极化
极性电介质 10-6～10-2 s
夹层极化
多层介质的交 10-1 s～数小
界面
时
能量损耗
产生原因
无 几乎没有
有 有
束缚电子运行 轨道偏移
离子的相对偏 移
偶极子的定向 排列
自由电荷的移 动
讨论极化的意义：
➢ 不同应用场合，对大小的要求不同
选择电容器的介质时，希望 大；选择电 缆绝缘结构的材料时，希望小。
反映极化、储能特性
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极化的基本形式
1. 电子式极化 2. 离子式极化 3. 偶极子极wk.baidu.com 4. 空间电荷极化（夹层极化）
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1 电子位移极化
电子位移极化
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特点：存在于一切电介质 建立极化时间：极短，10-1410-15s 极化程度影响因素： 电场强度（有关） 电源频率（无关） 温度（无关） 极化弹性：弹性 消耗能量：无
一．输电电压等级的划分：
❖ 高压（HV）： 35～220KV ❖ 超高压（EHV）：330～750KV ❖ 特高压（UHV）：1000KV及以上
二．高电压技术的研究对象
❖ 高电压绝缘与试验： 1.绝缘材料(电介质)的电气物理性能和击 穿的理论、规律（实践到理论）。 2.高压试验：判断、监视绝缘质量的主要 试验方法。