1、2.1 液體電介質(zhì)的極化與損耗2.1.1 液體電介質(zhì)的介電常數(shù)2.1.2 液體電介質(zhì)的損耗返回 這樣，電介質(zhì)中任一點電場強度，便等于極板上自由電荷面密度在該點產(chǎn)生的場強/ 與束縛電荷面密度/ 在該點產(chǎn)生的場強-/ 之和，即 (2-1) 0Er0002.1.1 液體電介質(zhì)的介電常數(shù) 要由電介質(zhì)的微觀參數(shù)（N、）求得介電常數(shù) ，必須先求得電介質(zhì)的有效電場 。一般液體電介質(zhì)的有效電場強度和宏觀平均電場強度是不相等的。 電介質(zhì)中某一點的宏觀電場強度，是指極板上的自由電荷以及電介質(zhì)中所有極化分子形成的偶極矩，共同在該點產(chǎn)生的場強。iE 而電介質(zhì)中的有效電場，是指極板上的自由電荷以及除某極化分子以外其它極

2、化分子形成的偶極矩共同在該分子產(chǎn)生的場強。由于偶極矩間的庫侖作用力是長程的，有效電場強度的計算很復雜。洛倫茲（Lorentz）首先對有效電場作了近似計算。 下面對液體電介質(zhì)的有效電場強度和介電常數(shù)作一些分析。1. 非極性和弱極性液體電介質(zhì)2rn 非極性液體和弱極性液體電介質(zhì)極化中起主要作用的是電子位移極化，其極化率為e，介電常數(shù)與折射率n仍近似保持麥克斯韋關(guān)系，即 (2-2) 這類液體介質(zhì)的介電常數(shù)一般在2.5左右，有四氯化碳、苯、二甲苯、變壓器油等。 對于非極性和弱極性液體介質(zhì)，它們的分子在外電場作用下，所感應的偶極矩大小相等，且沿電場方向排列。又由于液體無一定的形狀，分子在空間各處出現(xiàn)的幾

3、率相等，因而在洛倫茲球內(nèi)分子的分布可以看作是對稱的，球內(nèi)分子對中心O分子作用的場強 =0，所以非極性和弱極性液體介質(zhì)的有效電場強度 (2-3) P極化強度（ ）。0233riPEEE0(1)rPE2E 上式稱為莫索締（Mosotti）有效電場強度，將其代入克勞休斯方程式(2-11)，得到非極性與弱極性液體介質(zhì)的極化方程為 (2-4) 式(2-4)稱為克勞休斯莫索締（Clausius Mosotti）方程，簡稱克莫方程。0123rrN 極性液體介質(zhì)包括中極性和強極性液體介質(zhì)這類介質(zhì)在電場作用下，除了電子位移極化外，還有偶極子極化，對于強極性液體介質(zhì)，偶極子的轉(zhuǎn)向極化往往起主要作用，介電常數(shù)遠大于

4、折射率平方n2，即 。2. 極性液體電介質(zhì)r2E 極性液體分子具有固有偶極矩，它們之間距離近，相互作用強，造成強的附加電場，故洛倫茲球內(nèi)分子作用的電場 0，莫索締有效電場也就不適用。 極性液體電介質(zhì) 與電源頻率有較大的關(guān)系。頻率太高時偶極子來不及轉(zhuǎn)動，因而 值變小，如圖2-1所示。其中 相當于直流電場下的介電常數(shù)，ff1以后偶極子越來越跟不上電場的交變， 不斷下降；當頻率f=f2時，偶極子已經(jīng)完全跟不上電場轉(zhuǎn)動了，這時只存在電子式極化， 減小到 ，常溫下，極性 液 體 電 介 質(zhì) 的 3 6 。r圖2-1 極性液體電介質(zhì)的r與頻率的關(guān)系r0rrrrr 溫度對極性液體電介質(zhì)的 值也有很大的影響：

5、如圖2-2所示，當溫度很低時，由于分子間的聯(lián)系緊密，液體電介質(zhì)黏度很大，偶極子轉(zhuǎn)動困難，所以 很??；隨著溫度的升高，液體電介質(zhì)黏度減小，偶極子轉(zhuǎn)動幅度變大， 隨之變大；溫度繼續(xù)升高，分子熱運動加劇，阻礙極性分子沿電場取向，使極化減弱， 又開始減小。圖2-2 極性液體電介質(zhì)的r與溫度的關(guān)系rrrr返回 非極性和弱極性液體介質(zhì)的極化主要是電子位移極化。相對介電常數(shù)與頻率無關(guān)（ ），介質(zhì)損耗主要來源于電導，介質(zhì)損耗角正切為 (2-5) 一般非極性和弱極性液體介質(zhì)的電導率很小，在室溫下=10-12S/m，如取 =2，f=50Hz，則tan=1.810-4，與實驗結(jié)果相符。2.1.2 液體電介質(zhì)的損耗1

6、. 非極性和弱極性液體電介質(zhì)rs100tan1.8 10rrf r 低頻下這類液體介質(zhì)的、p、tan與頻率的關(guān)系如圖2-3所示，而在高頻下由于極性雜質(zhì)等因素的影響，可能使tan顯著增大。 圖2-3 、p、tan與頻率的關(guān)系 極性液體介質(zhì)的介質(zhì)損耗與粘度有關(guān)。極性分子在粘性媒質(zhì)中作熱運動，在交變電場作用下，電場力矩將使極性分子作趨向于外場方向的轉(zhuǎn)動，在定向轉(zhuǎn)動過程中，因摩擦發(fā)熱而引起能量的損耗。 粘度相當大，分子極化跟不上電場的變化； 粘度很小，分子定向轉(zhuǎn)動時無摩擦，對這兩種情況，偶極子轉(zhuǎn)向極化引起的損耗都甚微； 中等粘度下，該損耗顯著，在某一粘度下出現(xiàn)極值。2. 極性液體電介質(zhì) 油紙電力電纜用的礦物油和松香的粘性復合浸漬劑，是一種極性液體介質(zhì)。其中礦物油是稀釋劑，故油的成分增加時復合劑的粘度減小，對應于一定頻率下出現(xiàn)tan最大值的溫度就向低溫移動，而恒溫下出現(xiàn)tan最大值的頻率就向高頻移動。圖2-4 工頻下松香復合劑的tan與溫度的關(guān)系表2-1 f=50Hz時對應于不同組分松香-礦物油復合劑的tan最大值的溫度復合劑的組分對應于f=50Hz時tanmax的溫度t()序號松香（%）礦物油（%）110005029554039010324851521 表2-1列出工頻下油和松香復合劑在不同配方時出現(xiàn)tan最大值的溫度