5-液体和固体介质的电气特性

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1、高电压工程基础第五章液体和固体介质的电气特性任课教师：赵彤山东大学电气工程学院高电压工程基础液体和固体介质广泛用作电气设备的内绝缘，常用的液体和固体介质为：液体介质：变压器油、电容器油、电缆油固体介质：绝缘纸、纸板、云母、塑料、电瓷、玻璃、硅橡胶高电压工程基础电介质的概念：物理特性上具有绝缘体无传导电子的结构，在外电场作用下内部结构发生变化，并且反过来影响外电场的固体、液体和气体物质总称为电介质。电介质的地位：电介质与导体、半导体、磁体等作为材料，在电工电子工程领域中占有重要的地位。为什么要讨论电介质：电介质放入外电场后，内部结构受外电场

2、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。因此，有必要对变化后的物理量进行讨论。高电压工程基础电介质的电气特性表现在电场作用下的：导电性能介电性能电气强度描述电介质电气特性的4大参数：电导率γ（绝缘电阻率ρ）介电常数ε介质损耗角正切tanδ击穿场强Eb一、电介质的极化、电导与损耗二、液体介质的击穿三、固体介质的击穿四、组合绝缘的特性五、绝缘的老化高电压工程基础第五章液体和固体介质的电气特性5.1.1电介质的极化5.1电介质的极化、电导与损耗1、形成分子和聚集态的各种键分子由原子或离子

3、组成；气体、液体和固体三种聚集态由原子、离子或分子组成。键：质点间的结合方式，分子和三种聚集态的性质与键的形式有关。高电压工程基础高电压工程基础分子键：分子与分子间的结合力。化学键：分子内相邻原子间的结合力，分为离子键和共价键。分子的化学键类型，取决于分子的原子间电负性的大小。（电负性是指原子获得电子的能力）高电压工程基础（1）离子键电负性相差很大的原子相遇，原子间发生电子转移，电负性小的原子失去电子成为正离子；电负性大的原子得到电子成为负离子。正负离子通过静电引力结合成分子。即正负离子间形成离子键。大多数无机电介质都是靠离子键结合起来的

4、，如玻璃、云母等。高电压工程基础（2）共价键由电负性相等或相差不大的两个或多个原子通过共用电子对结合成分子，称共价键。有机电介质都是由共价键结合而成，某些无机晶体如金钢石也是共价键。非极性共价键：电负性相同的原子组成的共价键。分子正、负电荷中心重合。由非极性共价键构成非极性分子。极性共价键：电负性不同的原子组成的共价键。分子正、负电荷中心不重合。由极性共价键构成极性分子。（3）分子键分子以相互间的吸引力结合在一起，形成分子键。高电压工程基础2、电介质的分类根据化学结构分为三类：非极性电介质分子由共价键结合，由非极性分子组成的电介质。极性电

5、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。高电压工程基础电介质的极化：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。介电常数用来表示极化的强弱。偶极子：正、负电荷作用中心不相重合，好像分子一端带正电荷，另一端带负电荷，形成永久性的偶极矩。极化的总效果是在介质边缘出现电荷分布，这些电荷仍束缚在每个分子中，称为束缚电荷或极化电荷。3、电介质极化的概念和极化的种类高电压工程基础（1）电子式极化在外电场的作用下，介质原子中的电子轨道相对于原子核发生弹性位移。正负电荷作用中心不

6、再重合而出现偶极矩，这种现象称为电子式极化。偶极矩：正、负电荷中心间的距离r和电荷中心所带电量q的乘积。为矢量，方向规定为从负电荷中心指向正电荷中心。偶极矩用于表示极性大小，偶极矩越大，极性越大。高电压工程基础电子式极化存在于一切电介质中。特点：极化过程所需时间极短，约10-15s，极化程度取决于电场强度，与电源频率无关。极化是弹性的，无能量损耗。温度对极化过程影响很小。高电压工程基础（2）离子式极化离子式极化：在外电场作用下，离子的位移造成的极化。无外电场时，正、负离子对称排列，各个离子对的偶极矩互相抵消，合成电矩为零。加上外电场后，正

7、、负离子向反方向发生偏移，使平均偶极矩不再为零，介质对外呈现极性。高电压工程基础离子式极化存在于离子结构的电介质中。特点：极化过程所需时间极短，约10-13s，极化程度与电源频率无关。极化是弹性的，无能量损耗。极化程度随温度的升高而增大，具有正的温度系数。高电压工程基础（3）偶极子式极化在外电场的作用下，偶极性分子沿电场方向定向排列，使整个介质对外呈现极性的现象称为偶极子式极化，又称为转向极化。高电压工程基础偶极子式极化存在于极性电介质中。特点：极化过程所需时间较长，约10-10~10-2s，极化程度与电源频率有关。在频率较高时，转向极化

8、跟不上电场的变化，从而使极化率降低。极化是非弹性的，极化过程中有能量损耗。转向需克服相互间的作用而做功，消耗的能量在复原时不可能收回。温度对极化过程影响大。高电压工程基础温度较低时，液体和固体