電介質理論一課件

電介質的電氣性能（一）1電介質的電氣性能研究電介質電氣性能的意義電介質電氣性能的劃分電介質的極化及介電常數(shù)電介質的電導特性電介質中的能量損耗及介質損失角正切液體電介質的擊穿固體電介質的擊穿電介質的其它性能2一、研究電介質電氣性能意義設備絕緣的基礎超高壓大容量的發(fā)展新材料促進了電力工業(yè)的進步我國絕緣材料發(fā)展的現(xiàn)狀加強絕緣材料的研究，促進科技發(fā)展3三、電介質的極化與介電常數(shù)電介質物質結構的基本形式極化(polarization)與電介質(dielectrics)電介質極化的基本類型電介質的介電常數(shù)討論極化的意義5(一)電介質物質結構的基本形式形成分子和聚集態(tài)的各種健 離子健 共價鍵 分子健電介質的分類：根據(jù)化學結構分為3類 非極性及弱極性電介質 偶極性電介質 離子性電介質6極化現(xiàn)象平板真空電容器電容：C0插入固體電解質后電容：C=rC0電容量增大的原因在于電介質的極化現(xiàn)象，是由電介質極化引起的束縛電荷(二)極化與電介質7偶極子(dipole)：單位體積電介質在施加電場前內部的電荷是均勻分布的，在電場的作用下這些電荷發(fā)生位移，這個單位體積就形成一對偶極子極化強度：偶極子的扭矩稱作極化強度P每單位體積的電荷量：極化電荷：P是電場作用下電介質內部呈現(xiàn)的電荷密度，稱作極化電荷。自由電荷9(三）電介質極化基本類型 電介質的極化有四種基本形式：

電子位移極化 離子位移極化 轉向極化 空間電荷極化10極化機理：電子偏離軌道介質類型：所有介質建立極化時間：極短，10-1410-15s極化程度影響因素： 電場強度（有關） 電源頻率（無關） 溫度（無關）極化彈性：彈性消耗能量：無 1.電子位移極化11極化機理：極性分子轉向介質類型：偶極性及有離子弛豫性極化的離子性介質建立極化時間：需時較長，10-610-2s極化程度影響因素：

電場強度（有關） 電源頻率（有關） 溫度（溫度較高時降低，低溫段隨溫度增加）極化彈性：非彈性消耗能量：有3.轉向極化134.空間電荷極化極化機理：正負離子移動介質類型：含離子和雜質離子的介質建立極化時間：很長極化程度影響因素：

電場強度（有關） 電源頻率（低頻下存在） 溫度（有關）極化彈性：非彈性消耗能量：有

14當t=0:

當t=∞:15（四)電介質的介電常數(shù)相對介電常數(shù)及其物理意義相對介電常數(shù)是反映電介質極化程度的物理量17氣體分子間的距離很大，密度很小，氣體的極化率很小，一切氣體的相對介電常數(shù)都接近1氣體的介電常數(shù)隨溫度的升高略有減小，隨壓力的增大略有增加，但變化很小氣體電介質的介電常數(shù)18部分氣體的相對介電常數(shù)（環(huán)境條件20℃,1atm）氣體種類相對介電常數(shù)氦1.000072氫1.000027氧1.00055氮1.00060甲烷1.00095二氧化碳1.00096乙烯1.00138空氣1.0005919根據(jù)轉向極化的特點，對介電常數(shù)隨溫度及頻變化的趨勢作出解釋：（1）T不變f增大，r減小（2）f不變T升高，r先增后減頻率f1f2f3介電常數(shù)同溫度和頻率的關系（氯化聯(lián)苯）21非極性和弱極性固體電介質：

聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、石蠟、石棉、無機玻璃等都屬此類電介質只有電子式極化和離子式極化，r不大，通常在2.02.7范圍介電常數(shù)與溫度的關系也與單位體積內的分子數(shù)與溫度的關系相近極性固體電介質：樹脂、纖維、橡膠、蟲膠、有機玻璃、聚氯乙烯和滌綸等

r較大，一般為3~6，還可能更大。r和T及f的關系和極性液體的相似離子性電介質：如陶瓷，云母等，相對介電常數(shù)r一般在5~8左右固體電介質的介電常數(shù)22(五）討論極化的意義選擇絕緣

在實際選擇絕緣時，除了考慮電氣強度外，還應考慮介電常數(shù)r

對于電容器，若追求同體積條件有較大電容量，要選擇r較大的介質對于電纜，為減小電容電流，要選擇r

較小的介質23平行平板電極間距離為2cm，在電極上施加55kV的工頻電壓時未發(fā)生間隙擊穿，當板電極間放入一厚為1cm的聚乙烯板(r=2.3)時，問此時是否會發(fā)生間隙擊穿現(xiàn)象？為什么？并請計算插入聚乙烯板前后的各介質中的電場分布。電介質極化應用實例一25

解：

(1)插入前：Ea=V0/d=55/2=27.5kV/cm (2)插入后：Vs/Va=a/s，得Va=2.3Vs V0=Vs+Va=3.3Vs Vs=V0/3.3=55/3.3=16.7(kV