1、3.1液體電介質(zhì)的極化與損耗3.1.1液體電介質(zhì)的極化本節(jié)內(nèi)容3.1.2液體電介質(zhì)的損耗3.1.1 液體電介質(zhì)的極化1. 非極性和弱極性液體電介質(zhì)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ae，相對介電常數(shù)與折射率n仍近似保持麥克斯韋關(guān)系，即n2r（3-1）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。二甲苯33.1.1 液體電介質(zhì)的極化在外電場作用下，非極性和弱極性液體介質(zhì)的分子所感應(yīng)的偶極矩大小相等，且沿電場方向排列。分子在空間各處出現(xiàn)的幾率相等，在洛倫茲球內(nèi)分子的分布可以看做是對稱的，球內(nèi)分子對球心作用的場強2=0，所以介質(zhì)的有

2、效電場強度E= E + P = er + 2 E（3-2）3ei30式中P極化強度 P=0(r-1)E式（3-2）稱為莫索締（Mosotti）有效電場強度，將其代入克勞休斯方程（2-13），得到非極性與弱極性液體介質(zhì)的極化方程為er -1 = Na（3-3）er + 23e0式（3-3）稱為克勞休斯莫索締(Clausius-Mosotti)方程，簡稱克-莫方程。43.1.1 液體電介質(zhì)的極化2. 極性液體電介質(zhì) 極性液體電介質(zhì)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 E2 0，莫索締有效電場也就不適用。極性液體介質(zhì)包括中極性和強極性液體介質(zhì)，這

3、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)r遠大于折射率平方n2，即r 53.1.1 液體電介質(zhì)的極化極性液體電介質(zhì)r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r值變小，如圖3-1所示。其中，r0相當于直流電場下的相對介電常數(shù)； ff1以后偶極子越來越跟不上電場的交變， r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，r減小到r ，常溫下，極性液體電介質(zhì)的r 36。如圖3-2所示，溫度對極性液體電介質(zhì)的r值也 有很大的影響。溫度很低時，分子間的聯(lián)系緊密，液體電介質(zhì)黏度很

4、大，偶極子轉(zhuǎn)動困難，所以r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，r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，r又開始減小。圖3-1 極性液體電介質(zhì)的 r與頻率的關(guān)系6圖3-2 極性液體電介質(zhì)的r與溫度的關(guān)系3.1.1液體電介質(zhì)的極化本節(jié)內(nèi)容3.1.2液體電介質(zhì)的損耗3.1.2 液體電介質(zhì)的損耗1. 非極性和弱極性液體電介質(zhì)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，所以介質(zhì)損耗角正切為：低頻下，這類液體介質(zhì)的、P、tan與頻率的關(guān)系如圖3-3所示，而在高頻下由于極性雜質(zhì)等因素，tan

5、顯著減小?？赡苁筭f ertan d = g= 1.81010（3-4）we0er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r =2，f=50Hz，則實驗結(jié)果相符。tan=1.810-4，與圖3-3 、p、tan與頻率的關(guān)系83.1.2 液體電介質(zhì)的損耗2. 極性液體電介質(zhì)極性液體介質(zhì)的介質(zhì)損耗與粘度有關(guān)。極性分子在黏性媒質(zhì)中作熱運動，在交變電場作用下，電場力矩將使極性分子做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。黏度相當大，分子極化跟不上電場的變化；黏度很小，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很小。但是，在

6、中等黏度下，該損耗顯著，在某一黏度下出現(xiàn)極值。93.1.2 液體電介質(zhì)的損耗電力電纜用的由礦物油和松香組成的黏性復合浸漬劑，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黏度減小，對應(yīng)于一定頻率下出現(xiàn)tan最大值的溫度就向低溫移動，而對應(yīng)于恒溫下出現(xiàn)tan最大值的頻率就向高頻移動。工頻下油和松香復合劑在不同配方時所對應(yīng)的tan溫度曲線如圖3-4所示。表3-1列出了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。表3-1 f=50Hz時不同組分松香和礦物油復合劑的tan最大值的溫度圖3-4 工頻下松香復合劑的tan與溫度的關(guān)系復合劑的組分對應(yīng)于f=50Hz時tanmax的溫度t(C)序號松香（%）礦物油（%1100050295540390103248