第5讲 电介质理论 ppt课件.ppt

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1、高电压技术1第3章电介质的电气性能（1）2第3章电介质的电气性能电介质电气性能的划分极化特性：介电常数ε损耗特性：介损tgδ电气传导特性：载流子移动、高场强下的电气传导机理等，电导G或电阻R电气击穿特性：包括击穿机理、劣化、电压--时间特性曲线（V–t）等，击穿电压UC或击穿场强EC（critical）3第1节电介质的极化及介电常数电介质物质结构的基本形式极化(polarization)与电介质(dielectrics)电介质极化的基本类型电介质的介电常数讨论极化的意义41电介质物质结构的基本形式电介质的分类（根据化学结构）：分子及各聚集态（气、液、固态）的性质和它

2、的键的形式密切有关（有极、无极、铁电体、驻极体）离子键：强极性键，离子结构电介质玻璃、陶瓷共价键：非极性共价键（电负性相同），非极性分子非极性电介质聚四氟乙烯、氮气极性共价键（电负性不同），极性分子极性电介质环氧树脂、三氯联苯弱极性电介质聚苯乙烯存在分子异构或支链5平板真空电容器电容：插入固体电解质后电容：电容量增大的原因在于电介质的极化现象，Q’对应电介质极化引起的束缚电荷2极化与电介质6极化现象：电场中有电介质时，由于电场的作用，形成净电偶极矩的现象，并且在沿电场方向电介质的表面出现束缚电荷。7用极化强度P来表征极化的强度，定义为单位体积的电偶极矩，与外加电场强

3、度有关极化强度P与介电常数(=0r)的关系：电磁场的极化分析83电介质极化基本类型电介质的极化有五种基本形式：电子位移极化离子位移极化转向极化空间电荷极化夹层介质界面极化（与空间电荷极化属于同类电荷）9极化机理：电子偏离轨道介质类型：所有介质建立极化时间：极短，10-1410-15s极化程度影响因素：电场强度（有关）电源频率（无关）温度（无关）消耗能量：弹性极化、无损电子位移极化10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，10-12~10-13s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）消耗能量：弹性极

4、化、无损(极微量->无损)离子位移极化离子间结合力离子密度11极化机理：极性分子转向介质类型：极性介质、离子弛豫性极化的离子性介质建立极化时间：需时较长，10-610-2s转向极化（偶极子弛豫极化）12极化程度影响因素：电场强度（有关）电源频率（有关）温度（温度较高时降低，低温段随温度增加）消耗能量：非弹性极化、有损频率f1f2f313夹层介质界面极化夹层介质界面极化概念：当t=0:当t=∞:14一般有当t=0:当t=∞:15电荷重新分配，在两层介质的交界面处有积累电荷16电荷重新分配，在两层介质的交界面处有积累电荷夹层界面上电荷的堆积是通过介质电导G

5、完成的，放电时间常数为=(C1+C2)／(G1+G2)，高压绝缘介质的电导通常都很小，这种性质的极化只有在低频时才有意义介质的等值电容增大17极化机理：带电质点移动介质类型：不均匀夹层介质中建立极化时间：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）消耗能量：非弹性极化、有损18极化机理：正、负自由离子或电子移动介质类型：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）消耗能量：非弹性极化、有损空间电荷极化19空间电荷极化常常发生在不均匀介质中，在外电场的作用下，不均匀电介质中的

6、正负间隙的离子分别向负、正极移动，引起电介质内各点离子密度的变化，产生电偶极矩，这种极化称为空间电荷极化。在电极附近聚集的离子电荷就是空间电荷（见图a)。20实际上晶界、相界、晶格畸变、杂质等缺陷区都可成为自由电荷运动的障碍，在这些障碍处，自由电荷积聚，也形成空间电荷极化（见图b)。由于空间电荷积聚，可形成很多与外电场方向相反的电场。21222324空间电荷极化随温度升高而下降。因为温度升高，离子运动加剧，离子扩散容易，因而空间电荷减少。空间电荷的建立需要较长的时间，大约几秒到数十分钟，甚至数十小时，因此空间电荷极化只对直流和低频下的介电性质有影响。254电介质的介

7、电常数图中：单位面积的电荷：真空中：极化电荷密度为：介质中：相对介电常数及其物理意义相对介电常数可以反映电介质的极化程度。26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27部分气体的相对介电常数（环境条件20℃,1atm）气体种类相对介电常数氦1.000072氢1.000027氧1.00055氮1.00060甲烷1.00095二氧化碳1.00096乙烯1.00138空气1.00059atmosphericpressure=0.101325MPa28非极性和弱