电介质的电导和损耗
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保持相当大的电阻率 · 多孔性纤维材料不仅表面电阻小，体积电阻也小
五、讨论电介质电导的意义
1、在绝缘预防性试验中，要测绝缘电阻和泄漏电流以判断绝缘是否受潮 或有其它劣化现象。在试验中需注意将表面电导与体积电导区别开来。 2、串联的多层介质在直流电压下的稳态电压分布与各层的电导成反比， 要合理选材。直流电缆在运行时，由于芯线附近的温度较铅层附近处高， 所以芯线附近绝缘电阻下降会使该处场强下降，而其它部分的场强将相应 增加，这种情况在设计时要充分予以注意。 3、设计绝缘结构时要考虑到环境条件，特别是湿度的影响。注意环境湿 度对固体介质表面电阻的影响，注意亲水性材料的表面防水处理。 4、某些能量较小的高压电源，应注意减小绝缘材料的表面泄漏电流。 5、并不是所有情况下都希望绝缘电阻高，有些情况下要设法减小绝缘电 阻值。如在高压套管法兰附近涂上半导体釉，高压电机定子绕组出稽口部 分涂半导体漆等，都是为 了改善电压分布，以消除电晕。
电介质电导测量
一、气体电介质的电导： 来源：气体离子的浓度约为500~1000对/cm2
气体电介质中的电流密度—场强特性 分成三个区域 区域1：E≈5×10-3 V/cm，电 流密度j随着E增加而增加； 区域2：当E进一步增大，j趋 向饱和； 以上两者的电阻率约1022 Ω•cm量级。
js 区域3：当场强超过E2≈103 V/cm时，气体电介质将发生碰 撞电离，从而使气体电介质电 0 导急剧增大
见图
电介质的损耗
损耗角正切：
tgδ =
jr jc
单位体积介质中的损耗功率：
j g — 真空和无损极化引起的电流密度
P = EJ
r
= EJ c tg δ = E 2ωε tg δ
jlk — 漏导引起的电流密度
j p — 有损极化引起的电流密度
含有均匀介质的平板电容器总损耗功率：
P = pV = E 2ωε tg δ V = U 2ε ctg δ
二、固体电介质中的损耗
1、极性固体电介质包括： 纤维材料 —— 纸、纤维板 等结构不紧的材料；含有 极性基的有机材料 —— 聚 氯乙烯、有机玻璃、酚醛 树脂、硬橡胶等 2、极性固体电介质的 与温度、频率的关系和极 性液体相似，其 tgδ 值较 大，高频下更为严重，
三、不均
匀结构固 体电介质 中的损耗
2：与场强的关系
中性液体与固体损耗 主要由电导决定
二、液体电介质中的损耗
3：与频率的关系
1、损耗功率P：当频率升高到一定值时，转向极化跟不上频率的 变化，损耗功率趋于恒定 2、介电常数 ε ：当频率升高到一定值时，转向极化跟不上频率 的变化，介电常数也达到较低的稳定值 3、损耗 tgδ ：当频率升高到一定值时，转向极化跟不上频率的 变化， tgδ 与频率成反比地减小
课堂作业
P13页：第2题
分成三个区域 区域a：液体电介质的电导 在电场比较小的情况下，遵 循欧姆定律 区域b：随着场强的增大， 与气体相似，有一平坦区域 区域c：场强继续增大超过 某一极限，电极发射电子引 起电流激增，最终击穿
分三个区域 区域a：符合欧姆定律，也称低 场强领域 区域b：电流随场强非线性增加 区域c：出现破坏先导电流 区域b、c也称高场强领域 和液体、气体不同，固体中 的电压－电流特性没有饱和状态
Ⅰ
j
C A
Ⅱ
B
Ⅲ
E1
E2
E cr
E
二、液体电介质电导
1、来源：液体本身的分子和杂质的分子解离成离子，构成离子电导 2、与杂质有关: 杂质越多，电导越大 3、与介质分子的离解度有关: 离解度越大，电导越大（水等强极性 液体因离解度很大，即使高度纯净，电导率已很大，不能看作电介质） 4、与温度有关： 温度升高液体电介质粘度降低，离子迁移率 增加，电导增大 温度升高液体电介质或离子的热离解度增加， 电导增大 A、B — 常数；T — 绝对温度 γ — 电导率 见图
结构紧密，洁净的离子性电介质，电阻率为1017Ω•cm~1019Ω•cm 结构不紧密且含单价小离子的离子性电介质的电阻率仅达1013Ω•cm~1014Ω•cm 非极性或弱极性介质主要由杂质离子造成电导。纯净介质的电阻率可达1017Ω•cm~1019Ω•cm 偶极性电介质，因本身能解离，此外还有杂质离子共同决定电导，故电阻率较小，较佳者可 达 1015Ω•cm~1016Ω•cm
见图
γ = γ 0e
b ( E − E0 )
γ 0— 电导率与电场强度无关时的电导率
b
E 0 — 电导率与电场强度无关时的最大电场强度
— 与材料性质有关的常数 见表
由体积电阻率划分各种介质的结果
导电状态 电阻率 [Ω·cm] 介质 超导体 导体 10-6~10-2 金属 半导体 10-2~109 无机、有 机物 绝缘体 109~1022 无机、油、 有机
见图
γ = Ae − B / T
5、与电场强度有关: 当场强到达一定程度后，电导将迅速增大
三、固体电介质电导
1、来源：中性分子式固体：杂质离子、本身分子高温离解成的离子； 离子式固体：离子热运动脱离晶格 2、与温度有关：与液体相似 3、杂质有关: 杂质越多，电导越大（催化剂、增塑剂、填料以增大 机械强度，改善耐弧性、耐热性等）多孔性纤维材料易吸入水分 4、与电场强度有关：当电场强度大于某一定值时：
峰值可能由纸极化损耗引起
峰值可能由复合胶 极化损耗引起
1、不均匀结构的电介质包括： 电机绝缘中用的云母制品(是云母和纸或布以及环氧树酯所 组合的复合介质) 被广泛使用的油浸纸、胶纸绝缘等。 2、不均匀结构的电介质的 tgδ ：取决于其中各成分的性能和数 量间的比例
四、讨论电介质损耗的意义 1、在绝缘预防性试验中， tgδ 是一基本测试项目，当 绝缘受潮或劣化时 tgδ 急创上升。绝缘内部是否普遍 发生局部放电，也可以通过测 tgδ ~ U的关系曲线加以 判断 2、绝缘结构设计时，必须注意到绝缘材料的 tgδ ，如 tgδ 过大而引起严重发热，将使材料容易劣化，甚至可能 导致热不稳定—— 热击穿 3、用于冲击测量的连接电缆，其绝缘的 tgδ 必须很小， 否则冲击 波在电缆中传播时波形将发生严重畸变，影 响测量精确度 4、但介质损耗引起的介质发热有时也可以利用
四、固体电介质的表面电导 来源：由附着于介质表面的水分和污秽引起 介质的表面电阻率和电导率：l代表两电极间距，b代表电 极长。实际测量时用平行电极存在极间场强不均匀的问题 需加保护电极，或者用三电极法上的同心圆环测量
b ρ S = RS l 1 γS = ρS
测量电极
单位ΩFra Baidu bibliotek
介质
l
b
四、固体电介质的表面电导 特点： 1、与环境因素有关 2、与绝缘材料的憎水性有关 3、与绝缘材料的性质有关 如：· 电瓷能被水湿润，但表面无脏物时，即使在潮湿环境仍能
二、液体电介质中的损耗
1：与温度的关系
t＜t1 时： 电导和极化损耗都很小， 随着温度的升高，极化损耗显著增加
中性或弱极性电介质损 耗很小，损耗主要由电 导决定
t1＜t＜t2: 由于分子热运动加快，妨 碍极性分子的转向极化，极化损耗的 减小比电导损耗的增加更快 t＞t2时： 电导损耗占主要部分
二、液体电介质中的损耗
Ir tgδ = Ic 1 = ωCR
均匀介质中总的有功损耗：
P = UI r = UI c tgδ = U 2ωCtgδ
电导损耗 包括 极化损耗
一、气体电介质中的损耗
1 、当场强不足以产生碰撞电离 时气体中的损耗是由电导引起的， 损耗极小（ tg δ ＜10-8） 2、当外施电压U超过局放起始电 压U0时，将发生局部放电，损耗 急剧增加，这在高压输电线上是 常见的，称为电晕损耗。
电介质的电导
基本概念
1：任何电介质都不可能是理想的绝缘体 2：电介质的电导与金属的电导有本质的区别： 1）金属的电导：自由电子 2）电介质电导：电介质中的电导是由于电介质的基 本物质及其中所含杂质分子的化学分解或热离解形 成带电质点(电子、正离子、负离子)，沿电场方向 移动而造成的。它是离子式的电导，也就是电解式 的电导。 3）当电介质中出现电子式电导时，表明电介质已被 击穿
五、讨论电介质电导的意义
1、在绝缘预防性试验中，要测绝缘电阻和泄漏电流以判断绝缘是否受潮 或有其它劣化现象。在试验中需注意将表面电导与体积电导区别开来。 2、串联的多层介质在直流电压下的稳态电压分布与各层的电导成反比， 要合理选材。直流电缆在运行时，由于芯线附近的温度较铅层附近处高， 所以芯线附近绝缘电阻下降会使该处场强下降，而其它部分的场强将相应 增加，这种情况在设计时要充分予以注意。 3、设计绝缘结构时要考虑到环境条件，特别是湿度的影响。注意环境湿 度对固体介质表面电阻的影响，注意亲水性材料的表面防水处理。 4、某些能量较小的高压电源，应注意减小绝缘材料的表面泄漏电流。 5、并不是所有情况下都希望绝缘电阻高，有些情况下要设法减小绝缘电 阻值。如在高压套管法兰附近涂上半导体釉，高压电机定子绕组出稽口部 分涂半导体漆等，都是为 了改善电压分布，以消除电晕。
电介质电导测量
一、气体电介质的电导： 来源：气体离子的浓度约为500~1000对/cm2
气体电介质中的电流密度—场强特性 分成三个区域 区域1：E≈5×10-3 V/cm，电 流密度j随着E增加而增加； 区域2：当E进一步增大，j趋 向饱和； 以上两者的电阻率约1022 Ω•cm量级。
js 区域3：当场强超过E2≈103 V/cm时，气体电介质将发生碰 撞电离，从而使气体电介质电 0 导急剧增大
见图
电介质的损耗
损耗角正切：
tgδ =
jr jc
单位体积介质中的损耗功率：
j g — 真空和无损极化引起的电流密度
P = EJ
r
= EJ c tg δ = E 2ωε tg δ
jlk — 漏导引起的电流密度
j p — 有损极化引起的电流密度
含有均匀介质的平板电容器总损耗功率：
P = pV = E 2ωε tg δ V = U 2ε ctg δ
二、固体电介质中的损耗
1、极性固体电介质包括： 纤维材料 —— 纸、纤维板 等结构不紧的材料；含有 极性基的有机材料 —— 聚 氯乙烯、有机玻璃、酚醛 树脂、硬橡胶等 2、极性固体电介质的 与温度、频率的关系和极 性液体相似，其 tgδ 值较 大，高频下更为严重，
三、不均
匀结构固 体电介质 中的损耗
2：与场强的关系
中性液体与固体损耗 主要由电导决定
二、液体电介质中的损耗
3：与频率的关系
1、损耗功率P：当频率升高到一定值时，转向极化跟不上频率的 变化，损耗功率趋于恒定 2、介电常数 ε ：当频率升高到一定值时，转向极化跟不上频率 的变化，介电常数也达到较低的稳定值 3、损耗 tgδ ：当频率升高到一定值时，转向极化跟不上频率的 变化， tgδ 与频率成反比地减小
课堂作业
P13页：第2题
分成三个区域 区域a：液体电介质的电导 在电场比较小的情况下，遵 循欧姆定律 区域b：随着场强的增大， 与气体相似，有一平坦区域 区域c：场强继续增大超过 某一极限，电极发射电子引 起电流激增，最终击穿
分三个区域 区域a：符合欧姆定律，也称低 场强领域 区域b：电流随场强非线性增加 区域c：出现破坏先导电流 区域b、c也称高场强领域 和液体、气体不同，固体中 的电压－电流特性没有饱和状态
Ⅰ
j
C A
Ⅱ
B
Ⅲ
E1
E2
E cr
E
二、液体电介质电导
1、来源：液体本身的分子和杂质的分子解离成离子，构成离子电导 2、与杂质有关: 杂质越多，电导越大 3、与介质分子的离解度有关: 离解度越大，电导越大（水等强极性 液体因离解度很大，即使高度纯净，电导率已很大，不能看作电介质） 4、与温度有关： 温度升高液体电介质粘度降低，离子迁移率 增加，电导增大 温度升高液体电介质或离子的热离解度增加， 电导增大 A、B — 常数；T — 绝对温度 γ — 电导率 见图
结构紧密，洁净的离子性电介质，电阻率为1017Ω•cm~1019Ω•cm 结构不紧密且含单价小离子的离子性电介质的电阻率仅达1013Ω•cm~1014Ω•cm 非极性或弱极性介质主要由杂质离子造成电导。纯净介质的电阻率可达1017Ω•cm~1019Ω•cm 偶极性电介质，因本身能解离，此外还有杂质离子共同决定电导，故电阻率较小，较佳者可 达 1015Ω•cm~1016Ω•cm
见图
γ = γ 0e
b ( E − E0 )
γ 0— 电导率与电场强度无关时的电导率
b
E 0 — 电导率与电场强度无关时的最大电场强度
— 与材料性质有关的常数 见表
由体积电阻率划分各种介质的结果
导电状态 电阻率 [Ω·cm] 介质 超导体 导体 10-6~10-2 金属 半导体 10-2~109 无机、有 机物 绝缘体 109~1022 无机、油、 有机
见图
γ = Ae − B / T
5、与电场强度有关: 当场强到达一定程度后，电导将迅速增大
三、固体电介质电导
1、来源：中性分子式固体：杂质离子、本身分子高温离解成的离子； 离子式固体：离子热运动脱离晶格 2、与温度有关：与液体相似 3、杂质有关: 杂质越多，电导越大（催化剂、增塑剂、填料以增大 机械强度，改善耐弧性、耐热性等）多孔性纤维材料易吸入水分 4、与电场强度有关：当电场强度大于某一定值时：
峰值可能由纸极化损耗引起
峰值可能由复合胶 极化损耗引起
1、不均匀结构的电介质包括： 电机绝缘中用的云母制品(是云母和纸或布以及环氧树酯所 组合的复合介质) 被广泛使用的油浸纸、胶纸绝缘等。 2、不均匀结构的电介质的 tgδ ：取决于其中各成分的性能和数 量间的比例
四、讨论电介质损耗的意义 1、在绝缘预防性试验中， tgδ 是一基本测试项目，当 绝缘受潮或劣化时 tgδ 急创上升。绝缘内部是否普遍 发生局部放电，也可以通过测 tgδ ~ U的关系曲线加以 判断 2、绝缘结构设计时，必须注意到绝缘材料的 tgδ ，如 tgδ 过大而引起严重发热，将使材料容易劣化，甚至可能 导致热不稳定—— 热击穿 3、用于冲击测量的连接电缆，其绝缘的 tgδ 必须很小， 否则冲击 波在电缆中传播时波形将发生严重畸变，影 响测量精确度 4、但介质损耗引起的介质发热有时也可以利用
四、固体电介质的表面电导 来源：由附着于介质表面的水分和污秽引起 介质的表面电阻率和电导率：l代表两电极间距，b代表电 极长。实际测量时用平行电极存在极间场强不均匀的问题 需加保护电极，或者用三电极法上的同心圆环测量
b ρ S = RS l 1 γS = ρS
测量电极
单位ΩFra Baidu bibliotek
介质
l
b
四、固体电介质的表面电导 特点： 1、与环境因素有关 2、与绝缘材料的憎水性有关 3、与绝缘材料的性质有关 如：· 电瓷能被水湿润，但表面无脏物时，即使在潮湿环境仍能
二、液体电介质中的损耗
1：与温度的关系
t＜t1 时： 电导和极化损耗都很小， 随着温度的升高，极化损耗显著增加
中性或弱极性电介质损 耗很小，损耗主要由电 导决定
t1＜t＜t2: 由于分子热运动加快，妨 碍极性分子的转向极化，极化损耗的 减小比电导损耗的增加更快 t＞t2时： 电导损耗占主要部分
二、液体电介质中的损耗
Ir tgδ = Ic 1 = ωCR
均匀介质中总的有功损耗：
P = UI r = UI c tgδ = U 2ωCtgδ
电导损耗 包括 极化损耗
一、气体电介质中的损耗
1 、当场强不足以产生碰撞电离 时气体中的损耗是由电导引起的， 损耗极小（ tg δ ＜10-8） 2、当外施电压U超过局放起始电 压U0时，将发生局部放电，损耗 急剧增加，这在高压输电线上是 常见的，称为电晕损耗。
电介质的电导
基本概念
1：任何电介质都不可能是理想的绝缘体 2：电介质的电导与金属的电导有本质的区别： 1）金属的电导：自由电子 2）电介质电导：电介质中的电导是由于电介质的基 本物质及其中所含杂质分子的化学分解或热离解形 成带电质点(电子、正离子、负离子)，沿电场方向 移动而造成的。它是离子式的电导，也就是电解式 的电导。 3）当电介质中出现电子式电导时，表明电介质已被 击穿