課程題目介質(zhì)損耗（角）正切角試驗1目錄1介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和介質(zhì)損耗1.1介質(zhì)的極化1.2電介質(zhì)的電導(dǎo)1.3電介質(zhì)損耗2介質(zhì)損耗正切角的測量2.1西林電橋原理2.2測量的影響因數(shù)21介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和介質(zhì)損耗1.1介質(zhì)的極化具有極性分子的電介質(zhì)稱為極性電介質(zhì)，而中性分子構(gòu)成的電解質(zhì)稱為中性電介質(zhì)。前者是即使沒有外電場的作用其分子本身也具有電矩的電介質(zhì)。介質(zhì)的相對介電常數(shù)：εr綜合反映電介質(zhì)極化的一個物理量。在20oC時工頻電壓下氣體介質(zhì)εr接近于1，液態(tài)和固體電介質(zhì)大多在2~6之間。最基本的極化形式有電子式極化、離子式極化和偶極子極化等三種，此外還有夾層極化和空間極化等。31）電子式極化當(dāng)物質(zhì)原子里的電子軌道受到外電場作用時，它將相對于原子核產(chǎn)生位移，這就是電子式極化。當(dāng)外電場撤掉后，依靠正負(fù)電子間的吸引力，作用中心又馬上重合，整體呈現(xiàn)非極性，所以這種極化沒有損耗。2）離子式極化固體無機(jī)化合物多屬離子式結(jié)構(gòu)，如云母、陶瓷材料等。無外電場作用時，每個分子正負(fù)離子的作用中心是重合的，故不呈現(xiàn)極性。離子式極化也屬于彈性極化，幾乎沒有損耗。3）偶極子極化偶極子是一種特殊的分子，它的正負(fù)電荷的中心不相重合，好像分子的一端帶有正電荷、另一端帶有負(fù)電荷一樣，因而形成一個永久性的偶極矩。例如、蓖麻油、橡膠、膠木等都是常用的極性絕緣材料。4如圖1所示，當(dāng)不存在電場時，這些偶極子雜亂無章地排序著，宏觀電矩等于零，整個電介質(zhì)對外不表現(xiàn)極性。當(dāng)出現(xiàn)電場后偶極子沿電場方向轉(zhuǎn)動，因而出現(xiàn)極性，這種極化稱為偶極化和轉(zhuǎn)向極化。

它是非彈性的,極化過程中需要消耗一定的能量。圖1偶極子極化54）夾層極化由于介電常數(shù)和電導(dǎo)率的多種電解質(zhì)組成的結(jié)緣結(jié)構(gòu)，在加上外電場后各層電壓將從開始是按介電常數(shù)分布逐漸過渡到穩(wěn)定時按電導(dǎo)率分布。在電壓重新分布過程中，夾層截面上會聚集起一些電荷，使整個介質(zhì)等值電容增大，這種極化稱為夾層極化。各種極化見表1。表1各種極化極化種類產(chǎn)生場合所需時間能量損耗產(chǎn)生原因電子式極化任何電介質(zhì)10-15s無束縛電子運行軌道偏移離子式極化離子結(jié)構(gòu)電介質(zhì)10-13s幾乎沒有離子的相對偏移偶極子極化極性電介質(zhì)10-10s~10-2s有偶極子的定向排列夾層極化多層介質(zhì)交界面10-1s~數(shù)小時有自由電子移動61.2電介質(zhì)的電導(dǎo)任何電介質(zhì)都不同程度地具有一定的電導(dǎo)性，只不過其電導(dǎo)率很小而以，表征電介質(zhì)電導(dǎo)電性能的主要物理量即為電導(dǎo)率γ或其倒數(shù)—電阻率ρ。按照載流子的不同，電介質(zhì)的導(dǎo)電可分為離子電導(dǎo)和電子電導(dǎo)兩種，前者以離子為載流子，后者以自由電子為載流子。在正常情況下，電解質(zhì)電導(dǎo)主要是離子電導(dǎo)，這同金屬導(dǎo)體的主要電導(dǎo)依靠自由電子有本質(zhì)的區(qū)別。固體和液體介質(zhì)的電導(dǎo)率γ和溫度T的關(guān)系均可近似的用下式表示

式中A、B為常數(shù)，均與介質(zhì)特性有關(guān)，但固體介質(zhì)的常數(shù)B通常比液體介質(zhì)B值大得多；T為絕對溫度。上式表明，電介質(zhì)的電導(dǎo)率隨溫度按指數(shù)規(guī)律上升，所以測量電解質(zhì)和絕緣電阻時，必須注意溫度問題。71.3電介質(zhì)損耗在直流電壓的作用下，電介質(zhì)中沒有周期性的極化過程，只要外加電壓還沒有打到引起局部放電的數(shù)值，介質(zhì)中的損耗將僅由電導(dǎo)引起，所以用體積電導(dǎo)和表面電導(dǎo)率兩個物理量就已能充分說明問題，不必再引入介質(zhì)損耗這個概念了。在交流的作用下，在交流電壓下，流過電介質(zhì)的電流包含有功分量和無功分量，即圖2介質(zhì)在交流電壓作用下的電流向量圖及功率三角形8從圖2中可以看出,此時的介質(zhì)損耗功率：(請將文中所有tgδ全部改為tanδ)式中，—電源角頻率；—功率因數(shù)角；—介質(zhì)損耗角；介質(zhì)損耗角為功率因數(shù)角的余角，其正切又可稱為介質(zhì)損耗因數(shù)，常用百分?jǐn)?shù)（％）來表示。通常均采用介質(zhì)損耗角正切作為綜合反映電介質(zhì)損耗特性優(yōu)劣的一個指標(biāo)，測量和監(jiān)控各種電力設(shè)備絕緣的值已成為電力系統(tǒng)中絕緣預(yù)防性試驗最重要的項目之一。

如果介質(zhì)損耗主要由極化所引起，則常采用串聯(lián)等值電路；若介質(zhì)損耗由電導(dǎo)引起，常采用并聯(lián)等值電路。9因為介質(zhì)損耗角值一般都很小，，所以用兩種等值電路所得出的和P理應(yīng)相同。若U、Cs、ω已知，P最后取決于，即可以用大小表示P。2介質(zhì)損耗正切角的測量2.1西林電橋原理

的測量常采用高壓交流平衡電橋（西林電橋），不平衡電橋，或低功率因素瓦特表來測量、這里主要介紹西林電橋。西林電橋的接線如圖3所示，被試品以并聯(lián)等值電路表示。

圖3西林電橋原理接線圖10圖3中，被試品以并聯(lián)等值電路表示，其等值電容和電阻分別為和；為可調(diào)的無感電阻；為高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器的電容；為可調(diào)電容；為定值無感電阻；P為交流檢流計。調(diào)節(jié)和，使電橋達(dá)到平衡，即通過檢流計P的電流為零,此時有

由于通過橋臂CA和AD，CB和BD的電流分別均為和，所以各橋臂電壓之比即相應(yīng)的橋臂阻抗之比，即：式中11可以求得試品電容和等值電阻介質(zhì)并聯(lián)等值電路的介質(zhì)損耗角正切因為圖3中，A,B兩處接有放電管V，目的是防止、上出現(xiàn)高電壓。122.2測量的影響因數(shù)1）外界電磁場的干擾影響：一種是由于存在雜散電容。另一種是由于交變磁場感應(yīng)出干擾磁場。消除方法：將電橋的低壓臂和檢流計用金屬網(wǎng)和屏蔽電纜線加以屏蔽。2）溫度的影響：一般隨溫度的增高而增大。3）試驗電壓的影響（圖4）：曲線1—良好絕緣在額定電壓下，值幾乎不變。曲線2—若絕緣存在空隙或氣泡時，當(dāng)所加電壓尚不足以使氣泡電離時，其與良好絕緣時無差別，但若所加電壓能引起氣泡電離或發(fā)生局部放電時，隨U的升高而迅速增大，電壓回落時電離要比電壓上升時要更強(qiáng)一些，因而會出現(xiàn)閉環(huán)曲線。

圖4與試驗電壓的典型關(guān)系曲線13如果絕緣受潮，則電壓較低時，就已經(jīng)相當(dāng)大，電壓升高時，更將急劇增大；電壓回落時，也要比電壓上升時更大一些，因而形成了不閉合的分叉曲線。4）試品電容量的影響：對于電容量較小的試品，測量能有效的發(fā)現(xiàn)局部集中性缺陷和整體分布性缺陷。但對電容量較大的試品，測量只能發(fā)現(xiàn)整體分布性缺陷，此時要把它分解成幾個彼此絕緣