1、,課 程 題 目 介質(zhì)損耗（角）正切角 試驗(yàn),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),1 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(duì)介電常數(shù)：,r綜合反映電介質(zhì)極化的一個(gè)物理量。在20oC時(shí)工頻電壓下氣體介質(zhì)r接近于1，液態(tài)和固體電介質(zhì)大多在26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

2、有夾層極化和空間極化等。,1）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(shí)，它將相對(duì)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(shí)，每個(gè)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(gè)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。,如圖

3、1所示，當(dāng)不存在電場時(shí)，這些偶極子雜亂無章地排序著，宏觀電矩等于零，整個(gè)電介質(zhì)對(duì)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(dòng)，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,4）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(shí)按電導(dǎo)率分布。在電壓重新分布過程中，夾層截面上會(huì)聚集起一些電荷，使整個(gè)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,1.2 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

4、介質(zhì)電導(dǎo)電性能的主要物理量即為電導(dǎo)率或其倒數(shù)電阻率。 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(duì)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(shí)，必須注意溫度問題。,1.3 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

5、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(gè)物理量就已能充分說明問題，不必再引入介質(zhì)損耗這個(gè)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,從圖2中可以看出,此時(shí)的介質(zhì)損耗功率：(請(qǐng)將文中所有tg全部改為tan),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(gè)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(yàn)最

6、重要的項(xiàng)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。,因?yàn)榻橘|(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、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,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；

7、 為可調(diào)電容； 為定值無感電阻；P為交流檢流計(jì)。調(diào)節(jié) 和 ，使電橋達(dá)到平衡，即通過檢流計(jì)P的電流為零,此時(shí)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,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?yàn)?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。,2.2 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(jì)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(yàn)電壓的影響（

8、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(shí)，當(dāng)所加 電壓尚不足以使氣泡電離時(shí)，其 與良好 絕緣時(shí)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(shí)， 隨U的升高而迅速 增大，電壓回落時(shí)電離要比電壓上升時(shí)要更 強(qiáng)一些，因而會(huì)出現(xiàn)閉環(huán)曲線。,圖 4 與試驗(yàn)電壓的典型關(guān)系曲線,如果絕緣受潮，則電壓較低時(shí)， 就已經(jīng)相當(dāng)大，電壓升高時(shí)， 更 將急劇增大；電壓回落時(shí)， 也要比電壓上升時(shí)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(duì)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(duì)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(shí)要把它分解成幾個(gè)彼此絕緣部分的被試品，分別測量