液体和固体介质的绝缘强度课件.ppt

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1、第二章液体和固体介质的绝缘强度液体绝缘介质常做载流导体或磁导体（铁心）的冷却剂，在开关电器中可用作灭弧材料。固体绝缘介质可作为载流导体的支撑或作为极间屏障，以提高气体或液体间隙的绝缘强度。2.1介质的极化、电导和损耗2.1.1电介质的极化（1）介质的极化和相对介电常数电介质的极化正常情况下，任何电介质都是呈中性的。但在电场作用下，其电荷质点就会沿电场方向产生有限的位移，这种现象称为电介质的极化。实验证明：当电容器充满某种均匀介质时，电容器的电容将增大。如果真空中电容器用C0表示，充满介质后电容用C表示，实验表明其比值叫做电介质

2、的相对电容率，是个纯数，它只与电介质的性质有关，也叫相对介电常数相对介电常数充满介质时的几何电容和真空时的静电电容的比值。各种气体的相对介电常数接近于1，而常用的液体、固体介质的相对介电常数各不相同，多在2~6之间，且和温度、电源频率的不同而各不相同，并和各种极化形式有关。（2）极化的形式1）电子式位移极化2）离子式位移极化3）偶极子极化4）夹层极化1）电子式位移极化任何介质都是由原子组成，原子为带正电荷的原子核和带负电荷的外层电子组成，其电荷量相等，且正负电荷作用中心重合，对外不显电性。在外电场的作用下，原子外层电子轨道相对

3、于原子核产生位移，其正、负电荷作用中心不再重合，对外呈现出一个电偶极子的状态。电子式位移极化的特点：形成极化所需时间很短，在各种频率下都可能发生。因此其相对介电常数与外加电源频率无关；具有弹性，当外施电压去掉后，正、负电荷的相互吸引力又可使极化原子恢复到原有状态，所以无能量损耗；温度对于电子式极化的影响极小，相对介电常数随温度上升略有降低，但工程上可忽略温度的影响。2）离子式位移极化固体有机化合物多属离子式结构，如云母、陶瓷、玻璃等材料。在无外电场时，正、负离子对称排列，各离子对的偶极矩互相抵消，故平均偶极矩为零。在外电场作用

4、下，正、负离子将发生相反方向的偏移，使平均偶极矩不再为零，而形成电矩，对外呈现出电性。离子式位移极化的特点弹性极化，极化过程时间较电子式极化稍长，几乎无损耗。在一般使用的频率范围内，相对介电常数与频率无关。温度对离子式极化的影响，存在相反的两种因素：离子的结合力随温度升高而降，极化程度增强；（影响因素更大）温度升高，离子密度减小，极化程度降低。3）偶极子极化偶极子：正、负电荷作用中心不重合的分子，分子的一端呈正电荷，另一端呈负电荷，分子本身就是一个永久性的偶极矩。极性介质：由永久性偶极子构成的介质叫极性介质。单个偶极子虽具有极

5、性，但无电场时，整个介质分子处于不停的热运动状态，宏观上正负电荷平衡，对外不显电性。在外电场的作用下，原来混乱分布的极性分子沿电场方向作定向排列，因而呈现出极性。无外电场时有外电场时偶极子极化的特点偶极子极化是非弹性的，因为极化时极性分子旋转时克服分子间的吸引力而消耗的电场能量在复原时不可能收回；极化所需时间较长，因此极性介质的相对介电常数与电源频率有较大关系，随频率的增高而上升，频率很高时，偶极子来不及转向，因而介电常数减小。温度升高，分子间联系减弱，转向容易，极化加强；但分子热运动加剧，妨碍它们有规律地运动，这又使极化减弱

6、。所以极性电介质的介电常数最初随温度升高而增加，以后当热运动变得较强烈时，又随温度升高而减小。综上所述（3点）：1）气体介质由于密度很小，也即单位体积内所含分子的数目很少，所以不论是非极性气体还是极性气体，其相对介电常数均很小，在工程上可近似地认为其等于1。2）液体介质可分为非极性、极性和强极性3种。非极性（或弱极性）液体的相对介电常数在1.8~2.5，变压器油等矿物油属此类。极性液体的相对介电常数在2~6，如蓖麻油、氯化联苯即属此类。强极性液体的相对介电常数很大（>10），如酒精、水等，但这类液体介质的电导也很大，所以不能用

7、做绝缘材料。3）固体介质的情况比较复杂。用作高压设备绝缘材料的极性介质（如酚醛树脂、聚氯乙烯），非极性介质（聚乙烯、聚苯乙稀等），以及离子介质（如云母、陶瓷等），其相对介电常数在2~10的范围内，还有一些相对介电常数很大的固体介质，如钛酸钡等，其相对介电常数大于1000，不能用做绝缘材料。酚醛树脂聚氯乙烯PVC聚氯乙烯PVC材料的电缆聚苯乙烯聚苯乙烯电容云母绝缘垫圈陶瓷绝缘子4）夹层极化在高压设备中，常应用多种介质绝缘，如电缆、电容器、电机和变压器绕组等，两层介质中常夹有油层、胶层等，这时在介质的分界面上产生“夹层极化”现象。

8、夹层极化现象假设C1>C2，G1