影响介电系数的几个因素

影响介电系数的几个因素

高歌

摘要：作用下的能量损耗，由电能转变为其它形式的能，如热能、光能等，统称为介质损耗。它是导致电介质发生热击穿的根源。电介质在单位时间内消耗的能量称为电介质损耗功率，简称电介质损耗。介电损耗因素往往受气候因素和环境因素影响，本文根据现场实际条件，重点分析了环境温度，静电场干扰等对测量结果的影响，以消除或者减弱这些干扰因素影响的方法。

关键词：介电损耗因素，干扰，温度，湿度

1．损耗的形式

1）电导损耗：在电场作用下，介质中会有泄漏电流流过，引起电导损耗。

2）极化损耗：只有缓慢极化过程才会引起能量损耗，如偶极子的极化损耗。它与温度有关，也与电场的频率有关。`

3）游离损耗：气体间隙中的电晕损耗和液、固绝缘体中局部放电引起的功率损耗称为游离损耗。电晕是在空气间隙中或固体绝缘体表面气体的局部放电现象

2. 介质损耗和频率、温度、湿度的关系

1) 频率的影响

（ 1 ）当外加电场频率很低，即ω→0 时，介质的各种极化都能跟上外加电场的变化，此时不存在极化损耗，介电常数达最大值。介电损耗主要由漏导引起， P W 和频率无关。tgδ=δ/ωε ，则当ω→0 时，tgδ→∞ 。随着ω 的升高，tgδ 减小。

（ 2 ）当外加电场频率逐渐升高时，松弛极化在某一频率开始跟不上外电场的变化，松弛极化对介电常数的贡献逐渐减小，因而ε r 随ω 升高而减少。在这一频率范围内，由于ωτ ＜＜ 1 ，

故tgδ 随ω 升高而增大，同时 Pw 也增大。

(3) 当ω 很高时，ε r →ε ∞ ，介电常数仅由位移极化决定，ε r 趋于最小值。此时由于ωτ ＞＞ 1 ，此时tgδ 随ω 升高而减小。ω→∞ 时，tgδ→0 。

从图可看出，在ω m 下，tgδ 达最大值，ω m 可由下式求出：

tgδ 的最大值主要由松弛过程决定。如果介质电导显著变大，则tgδ 的最大值变得平坦，最后在很大的电导下，tgδ 无最大值，主要表现为电导损耗特征：tgδ 与ω 成反比，如图

2 ）温度的影响

温度对松弛极化产生影响，因而 P ，ε 和tgδ 与温度关系很大。松弛极化随温度升高而增加，此时，离子间易发生移动，松弛时间常数τ 减小。

（ 1 ）当温度很低时,τ 较大，由德拜关系式可知，ε r 较小，tgδ 也较小。此时，由于，，，故在此温度范围内，随温度上升，τ 减小，ε r 、tgδ 和 P W 上升。（ 2 ）当温度较高时，τ 较小，此时，因而

在此温度范围内，随温度上升，τ 减小，tg δ 减小。这时电导上升并不明显，所以 P W 主要决定于极化过程， P W 也随温度上升而减小。

由此看出，在某一温度 T m 下， P W 和tgδ 有极大值，如左图。

（ 3 ）当温度继续升高，达到很大值时，离子热运动能量很大，离子在电场作用下的定向迁移受到热运动的阻碍，因而极化减弱，ε r 下降。此时电导损耗剧烈上升，tgδ 也随温度上升急剧上升。

比较不同频率下的tgδ 与温度的关系，可以看出，高频下， T m 点向高温方向移动。

根据以上分析可以看出，如果介质的贯穿电导很小，则松弛极化介质损耗的特征是：tg δ在与频率、温度的关系曲线中出现极大值。

3 ）湿度的影响

介质吸潮后，介电常数会增加，但比电导的增加要慢，由于电导损耗增大以及松驰极化损耗增加，而使tg δ增大。对于极性电介质或多孔材料来说，这种影响特别突出，如，纸内水分含量从 4 ％增加到 10 ％时，其tg δ可增加 100 倍。

4 无机介质的损耗

1) 无机材料还有两种损耗形式：电离损耗和结构损耗。

a) 电离损耗

主要发生在含有气相的材料中。它们在外电场强度超过了气孔内气体电离所需要的电场强度时，由于气体电离而吸收能量，造成损耗，即电离损耗。其损耗功率可以用下式近似计算：

式中 A 为常数，ω 为频率， U 为外施电压。 U 0 为气体的电离电压。该式只有在 U ＞ U 0 时才适用，此时，当 U>U 0 ，tgδ 剧烈增大。

固体电介质内气孔引起的电离损耗，可能导致整个介质的热破坏和化学破坏，应尽量避免。

作用下的能量损耗，由电能转变为其它形式的能，如热能、光能等，统称为介质损耗。它是导致电介质发生热击穿的根源。电介质在单位时间内消耗的能量称为电介质损耗功率，简称电介质损耗。

《电介质物理基础》论文

班级：电科

姓名：高歌

学号：11205070134