1、電氣絕緣性質(zhì)：1：導(dǎo)電性（電阻率或電導(dǎo)率）：加壓后有微小電流導(dǎo)通：希望能保持住電壓 2：絕緣擊穿（擊穿電壓或擊穿場強(qiáng)）：達(dá)到某電壓時(shí)電流急劇增大，絕緣體變成導(dǎo)體 電介質(zhì)性質(zhì)： 3：介質(zhì)極化（相對介電常數(shù)）：介質(zhì)在電場中電荷中心重新分布，對外顯電性 4：介電損耗（介質(zhì)損耗角或其正切tg）：達(dá)當(dāng)施加交流電壓時(shí)，物質(zhì)內(nèi)部電荷往復(fù)運(yùn)動(dòng)、吸收電源能量、發(fā)熱,前言1：絕緣體的四大性質(zhì),前言2：電介質(zhì)介電常數(shù)對電場分布的影響,前言3：電介質(zhì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本形式,形成分子和聚集態(tài)的各種健： 離子健 共價(jià)鍵 分子健 電介質(zhì)的分類：根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)分為3類 非極性及弱極性電介質(zhì) 偶極性電介質(zhì) 離子性電介質(zhì),離子結(jié)構(gòu)電介

2、質(zhì) (巖鹽),NaCl,共價(jià)鍵 +,中性共價(jià)鍵 極性共價(jià)鍵 H + = H,第一大性質(zhì)： 電介質(zhì)的極化及介電常數(shù),平板真空電容器電容量：,插入固體電解質(zhì)后電容量：,相對介電常數(shù)：,相對介電常數(shù)是反映電介質(zhì)極化程度的物理量, 由電介質(zhì)極化引起的 束縛電荷,一、極化現(xiàn)象,電介質(zhì)原先不顯電性，放入到電場時(shí)，由于電場的作用電介質(zhì)內(nèi)部物理結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，結(jié)果導(dǎo)致電介質(zhì)內(nèi)部電荷分布發(fā)生變化，出現(xiàn)束縛電荷，整體上對外顯現(xiàn)電性。這個(gè)過程稱作極化,一、極化現(xiàn)象,1：電偶極子(dipole)：相距很近的兩個(gè)極性相反量值相等的電荷：對外產(chǎn)生電場 2：電偶極距：pqd:表示電偶極子的特性 3：極化強(qiáng)度：單位體積內(nèi)的電偶

3、極距：P。 4：極化：電介質(zhì)在電場中產(chǎn)生電偶極子并使其方向與外電場方向一致、或使原來就有的電偶極子轉(zhuǎn)向與外電場方向一致,二、極化概念,1：電子位移極化 2：離子位移極化 3：轉(zhuǎn)向極化 4：空間電荷極化（包括夾層介質(zhì)界面極化）,三、極化類型,當(dāng)物質(zhì)原子里的電子軌道受到外電場 E 的作用時(shí)，其負(fù)電荷作用中心相對于原子核產(chǎn)生位移，形成電矩，稱電子的位移極化。,特點(diǎn)： 1、范圍：一切氣體、液體及固體介質(zhì)中 2、能耗：具有彈性，當(dāng)外電場去掉后，依靠正、負(fù)電荷間的吸引力，作用中心又馬上會(huì)重合，對外不顯電性。不引起能量損耗 3、與頻率關(guān)系：極化速度快，10-14-10-15秒， 在各種頻率的交變電場下均能產(chǎn)

4、生，與頻率無關(guān) 4、與溫度關(guān)系：無關(guān) 5、與場強(qiáng)關(guān)系：極化強(qiáng)度與電矩的大小成正比,極化機(jī)理：,1：電子位移極化,在外電場作用下，正、負(fù)離子發(fā)生偏移，使整個(gè)分子呈現(xiàn)極性，正負(fù)離子的中心之間產(chǎn)生電矩，稱離子的位移極化,極化機(jī)理：,2：離子位移極化,1、范圍：由離子鍵構(gòu)成的電介質(zhì)中 2、能耗：具有彈性，當(dāng)外電場去掉后，依靠正、負(fù)電荷間的吸引力，作用中心又馬上會(huì)重合，對外不顯電性。有微量能量損耗 3、與頻率關(guān)系：極化完成時(shí)間約為 l0-12-10-13s，當(dāng)交變電場的頻率低于紅外線光頻率，離子位移極化與頻率無關(guān) 4、與溫度關(guān)系：溫度對離子式極化的影響，存在著相反的兩種因素；即離子間結(jié)合力隨溫度升高而降

5、低，使極化程度增加；但離子的密度隨溫度升高而減小，則使極化程度降低。通常前一種因素影響較大 5、與場強(qiáng)關(guān)系：極化程度與電場強(qiáng)度成正比,2：離子位移極化,特點(diǎn)：,在外電場作用下，原來雜亂分布的極性分子（電偶極子）順電場方向定向排列，對外顯示出極性，稱極性分子的轉(zhuǎn)向極化,極化機(jī)理：,3：轉(zhuǎn)向極化,1、范圍：極性分子構(gòu)成的電介質(zhì) 2、能耗：分子轉(zhuǎn)向存在摩擦，有明顯能量損耗 3、與頻率關(guān)系：極化完成時(shí)間約為 l0-6-10-2s，甚至更長，有可能跟不上交變電場的變化，使極化率減小 4、與溫度關(guān)系：與溫度有關(guān)，對于極性氣體介質(zhì)：溫度高時(shí)，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，妨礙極性分子沿電場方向取向，使極化減弱。對于液體、

6、固體介質(zhì)：則溫度過低時(shí)，由于分子間聯(lián)系緊(例如粘度很大)，分子難以轉(zhuǎn)向極化較弱。所以極性液體、固體介質(zhì)在低溫下先隨溫度的升高極化加強(qiáng)，以后當(dāng)熱運(yùn)動(dòng)變得較強(qiáng)烈時(shí)，極化又隨溫度上升而減小 5、與場強(qiáng)關(guān)系：與外加電場有關(guān)，外電場越強(qiáng)，極性分子的轉(zhuǎn)向排列就越整齊，轉(zhuǎn)向極化就越強(qiáng),3：轉(zhuǎn)向極化,特點(diǎn)：,高電壓設(shè)備的絕 緣由幾種不同的材料組成，或介質(zhì)不均勻，這種情況 會(huì)出現(xiàn)“夾層介質(zhì)界面 極化”現(xiàn)象。,合閘時(shí)： 穩(wěn)態(tài)時(shí)：,當(dāng)： 則：,存在電壓從新分配，電荷在介質(zhì)空間從新分布，夾層界面出現(xiàn)電荷堆積，從而對外顯電性,極化機(jī)理：,4：夾層極化,1、范圍：出現(xiàn)在電纜、電容器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、變壓器、互感器、電抗器等復(fù)合

7、絕緣中 2、能耗：電流流過電導(dǎo)，有能量損耗 3、與頻率關(guān)系：只在低頻下有意義，夾層界面上電荷的堆積是通過介質(zhì)電導(dǎo)G完成的，其過程很緩慢，它的形成時(shí)間從幾十分之秒到兒分鐘，甚至有長達(dá)幾小時(shí)的。 4、與溫度關(guān)系：溫度影響電導(dǎo)率 5、與場強(qiáng)關(guān)系：空間電荷與電壓大小有關(guān),4：夾層極化,特點(diǎn)：,極化機(jī)理：正負(fù)離子移動(dòng) 適用范圍：含離子和雜質(zhì)離子的介質(zhì) 極化程度影響因素： 電場強(qiáng)度（有關(guān)） 電源頻率（低頻下存在：極化建立時(shí)間很長） 溫度（有關(guān)） 消耗能量：非彈性；有能耗,5：空間電荷極化,四、典型電介質(zhì)的介電常數(shù),1、選擇絕緣： 電容器 大 電容器單位容量體積和重可減少 電纜 小 可使電纜工作時(shí)充電電流減

8、小 電機(jī)定子線圈槽出口和套管 小,可提高沿面放電電壓 2、多層介質(zhì)的合理配合：電場分布與 成反比 組合絕緣采用適當(dāng)?shù)牟牧峡墒闺妶龇植己侠?3、研究介質(zhì)損耗的理論依據(jù)：介質(zhì)損耗與極化類型有關(guān)，損耗是絕緣 劣化和熱擊穿的主要原因 4、絕緣試驗(yàn)的理論依據(jù)：在絕緣預(yù)防性試驗(yàn)中通過測量吸收電流可以 反映夾層極化現(xiàn)象，能夠判斷絕緣受潮情況。吸收電荷將對人身構(gòu) 成威脅 5、研發(fā)新型絕緣材料,五、談?wù)摻殡姵?shù)的意義,電介質(zhì)極化應(yīng)用實(shí)例：平行平板電極間距離為2 cm，在電極上施加55 kV的工頻電壓時(shí)未發(fā)生間隙擊穿，當(dāng)板電極間放入一厚為1 cm的聚乙烯板（r=2.3）時(shí)，問此時(shí)會(huì)發(fā)生間隙擊穿現(xiàn)象否？為什么？并請

9、計(jì)算插入聚乙烯板前后的各介質(zhì)中的電場分布。,解：a：空氣；s：塑料介質(zhì) (1)插入前：Ea=V0/d=55/2=27.5 kV/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) Es=16.7 kV/cm Va=V0-Vs=55-16.7=38.3 (kV) Ea=38.3 kV/cm30 kV/cm的空氣擊穿場強(qiáng) 故插入聚乙烯板后空氣間隙擊穿，然后聚乙烯板也被擊穿,課堂作業(yè)：p14頁16后一問,氣體電介質(zhì)的介電常數(shù) 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

10、。 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。,液體電介質(zhì)的介電常數(shù) 非極性和弱極性電介質(zhì)：屬于這類的液體電介質(zhì)有很多，如石油、苯、四氯化碳、硅油等。它們的相對介電常數(shù)都不大，其值在1.82.8范圍內(nèi)。介電常數(shù)和溫度的關(guān)系和單位體積中的分子數(shù)與溫度的關(guān)系相似 偶極性電介質(zhì)：這類介質(zhì)的相對介電常數(shù)較大，其值在380范圍，能用作絕緣介質(zhì)的r值在36左右。此類液體電介質(zhì)用作電容器浸漬劑，可使電容器的比電容增大，但通常損耗都較大，蓖麻油和幾種合成液體介質(zhì)有實(shí)際應(yīng)用,固體電介質(zhì)的介電常數(shù) 非極性和弱極性固體電介質(zhì)：此類固體電介質(zhì)的種類很多，聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、石蠟、石棉、無機(jī)玻璃等都屬此類，這類電介質(zhì)只有電子式極化和離子式極化，介電常數(shù)不大，通常在2.0-2.7范圍。介電常