第一章 电介质的极化、电导和损耗
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高电压技术期末考试复习题
高电压技术期末考试复习题第一章电介质的极化、电导和损耗和第二章气体放电理论1)流注理论未考虑的现象是表面游离2)先导通道的形成是以的出现为特征。
（C）A．碰撞游离 B．表面游离 C．热游离 D．光游离3)电晕放电是一种。
（A）A．自持放电 B．非自持放电 C．电弧放电 D．均匀场中放电4)气体内的各种粒子因高温而动能增加，发生相互碰撞而产生游离的形式称为（C）A.碰撞游离B.光游离C.热游离D.表面游离5)以下哪个不是发生污闪最危险的气象条件？（D）A.大雾B.毛毛雨C.凝露D.大雨6)以下哪种材料具有憎水性？（A）A.硅橡胶B.电瓷C.玻璃D金属7）极性液体和极性固体电介质的相对介电常数与温度和电压频率的关系如何？为什么？答：极化液体相对介电常数在温度不变时，随电压频率的增大而减小，然后就见趋近于某一个值，当频率很低时，偶极分子来来得及跟随电场交变转向，介电常数较大，当频率接近于某一值时，极性分子的转向已经跟不上电场的变化，介电常数就开始减小。
在电压频率不变时，随温度的升高先增大后减小，因为分子间粘附力减小，转向极化对介电常数的贡献就较大，另一方面，温度升高时分子的热运动加强，对极性分子的定向排列的干扰也随之增强，阻碍转向极化的完成。
极性固体介质的相对介电常数与温度和频率的关系类似与极性液体所呈现的规律。
8）电介质电导与金属电导的本质区别为何？答：①带电质点不同：电介质为带电离子（固有离子，杂质离子）；金属为自由电子。
②数量级不同：电介质的γ小，泄漏电流小；金属电导的电流很大。
③电导电流的受影响因素不同：电介质中由离子数目决定，对所含杂质、温度很敏感；金属中主要由外加电压决定，杂质、温度不是主要因素。
9）简要论述汤逊放电理论。
答：设外界光电离因素在阴极表面产生了一个自由电子，此电子到达阳极表面时由于α过程，电子总数增至eαd 个。
假设每次电离撞出一个正离子，故电极空间共有（eαd －1）个正离子。
《高电压技术系列》--电介质的极化、电导和损耗
I
I IR IC
IR
IC
～U
I
U
IR
R CP
IC
δ
φ U
在交流电压的作用下，流过电介质的电流 I 包含有功分量IR 和无功分量 IC ，即
I IR IC
此时的介质功率损耗：
P UI cos UIR UIC tan U 2CP tan 式中：ω——电源角频率
φ——功率因数角
δ——介质损耗角 tanδ又称为介质损耗因数
二、气体、液体和固体介质的损耗
1、气体介质损耗 当外加电场还不足以引起电离过程，气体中只存在很小的 电导损耗（ tanδ〈10-8）；但当气体中的电场强度达到放电起 始场强E0时，气体中将发生局部放电，这时的损耗将急剧增大。
2、液体介质损耗
中性和弱极性液体介质（如变压器油）的极化损耗很小，其
主要损耗由电导引起，因而其单位体积损耗率P0可用下式求得
在电场作用下没有能量损耗的理想电介质是不存在的，实 际电介质中总有一定的能量损耗，包括由电导引起的损耗和某 些有损极化（偶极子极化、夹层极化等）引起的损耗，总称介 质损耗。
在直流电压的作用下，电介质中没有周期性的极化过程， 只要外加电压还没有达到引起局部放电的数值，介质中的损耗 将仅由电导所引起，所以用体积电导率和表面电导率两个物理 量就已能充分说明问题，不必再引入介质损耗这个概念。
强， 具有正r 的温度系数。
三、偶极子极化
有些电介质的分子，如蓖麻油、松香、橡胶、胶木等，在 无外电场作用时，其正负电荷作用中心是不重合的，这些电介 质称为极性电介质。
电介质
组成极性电介质的每一个分
电极
子成为一个偶极子（两个电荷
极），在外电场作用时，由于偶
6电介质的极化、电导与损耗课件
(4)、夹层介质界面极化现象在绝缘预防性试验中可 用来判断绝缘受潮情况。
电介质的电导
表面电阻RS测试电路
绝缘介质中泄漏电流产生的主要原因：离子导电，而不 是电子导电。
绝缘电阻具有负温度系数。温度越高，参与漏导的离子 (介质本身的或杂质的)越多，则泄漏电流越大，所以绝 缘电阻具有负的温度系。
(1)解离，液体分子或杂质分子在 电场作用下解离为离子；
(2)电极逸出电子，由于高电场的 作用或由于肖特基效应(指在电场作 用下热电子发射增加)从电极逸出电 子；
(3)碰撞电离，与气体中产生电子碰撞电离的情况相 似，在液体中的电子亦因高电场作用被加速到能在碰撞液 体分子时使液体分子电离。当液体中含有气体时，因为气 体中的碰撞电离容易发生，击穿先在气体中发生，击穿电 压亦与为离子； (2)电子的碰撞电离。
3、泊尔 弗仑开尔效应
固体的能带理论指出：固体中的电子被限制在不连续的能带中。 各相邻的能带都由能量间隔互相隔开。在由共价键结合的晶体介质 中，正常情况的各价电子占据充满满带。由晶体缺陷所产生的盈余 电子则处于较高的能带中，这个能带称为导带或空带，处于这个能 带的电子可以在介质中自由活动。导带和满带之间的能量间隔称为
c ：介质的介电常数
此时，单位面积极板上的电荷为：
相对介电常数定义：
在式
令：
极化强度及其物理意义
中
P：极化强度
极化强度的物理意义：单位体积中感应的偶极矩。
2、电介质极化种类 极化的基本形式：
(1)、电子位移极化 (2)、离子位移极化 (3)、偶极子转向极化 (4)、热离子极化 (5)、夹层介质界面极化 (6)、空间电荷极化
禁带。
两种导电粒子形成电子电导： 在电场作用下满带中的电子沿电场的反方向移动而填 充空穴，而填充空穴的电子又在它原来的位置上留下空穴， 即空穴将沿电场方向移动。所以这种场合，将由导带中的 传导电子和满带中的空穴一起形成电导，称为电子电导。
电介质的电导
表面电阻RS测试电路
绝缘介质中泄漏电流产生的主要原因：离子导电，而不 是电子导电。
绝缘电阻具有负温度系数。温度越高，参与漏导的离子 (介质本身的或杂质的)越多，则泄漏电流越大，所以绝 缘电阻具有负的温度系。
(1)解离，液体分子或杂质分子在 电场作用下解离为离子；
(2)电极逸出电子，由于高电场的 作用或由于肖特基效应(指在电场作 用下热电子发射增加)从电极逸出电 子；
(3)碰撞电离，与气体中产生电子碰撞电离的情况相 似，在液体中的电子亦因高电场作用被加速到能在碰撞液 体分子时使液体分子电离。当液体中含有气体时，因为气 体中的碰撞电离容易发生，击穿先在气体中发生，击穿电 压亦与为离子； (2)电子的碰撞电离。
3、泊尔 弗仑开尔效应
固体的能带理论指出：固体中的电子被限制在不连续的能带中。 各相邻的能带都由能量间隔互相隔开。在由共价键结合的晶体介质 中，正常情况的各价电子占据充满满带。由晶体缺陷所产生的盈余 电子则处于较高的能带中，这个能带称为导带或空带，处于这个能 带的电子可以在介质中自由活动。导带和满带之间的能量间隔称为
c ：介质的介电常数
此时，单位面积极板上的电荷为：
相对介电常数定义：
在式
令：
极化强度及其物理意义
中
P：极化强度
极化强度的物理意义：单位体积中感应的偶极矩。
2、电介质极化种类 极化的基本形式：
(1)、电子位移极化 (2)、离子位移极化 (3)、偶极子转向极化 (4)、热离子极化 (5)、夹层介质界面极化 (6)、空间电荷极化
禁带。
两种导电粒子形成电子电导： 在电场作用下满带中的电子沿电场的反方向移动而填 充空穴，而填充空穴的电子又在它原来的位置上留下空穴， 即空穴将沿电场方向移动。所以这种场合，将由导带中的 传导电子和满带中的空穴一起形成电导，称为电子电导。
电介质的电导
固体介质的表面电导?除体积电导外介质还有表面电导由于介质表面吸附一些水分尘埃或导电性的化学沉淀物形成的
1.3 电介质的电导 １．定义：在电场的作用下，由带电 质点（电子、正负离子）沿电场方向 移动而造成的。 要点：带电质点主要是正负离子， 也称离子式电导 表示，γ↑→泄漏电流大 。
2019/1/12 第一章 电介质的极化、电导和损耗
３．影响电介质电导的因素 气体电介质与游离有关。 液体和固体电解质 (１) 温度：温度↑ ａ．热运动加剧→迁移率↑→γ↑ ｂ．分子或离子热离解↑→γ↑ 经验公式 γ＝Ａｅ－Ｂ／Ｔ （２）电场强度 Ｅ<Ｅ0 时，γ几乎不变， Ｅ>Ｅ0时，γ与Ｅ呈指数关系。 （３）杂质 中性介质的电导一般主要由杂质引起（离子数↑） →γ↑； 固体介质受潮（加入强极性杂质）→γ↑。
2019/1/12
第一章 电介质的极化、电导和损耗
4 ．固体介质的表面电导 除体积电导外介质还有表面电导 －－由于介质表面吸附一些水分、尘 埃或导电性的化学沉淀物形成的．水 分起着特别重要作用。 亲水性介质（玻璃、陶瓷）表面 电导大 ； 憎水性介质（石蜡、四氟乙烯、聚 苯乙烯）表面电导小。
2019/1/12 第一章 电介质的极化、电导和损耗
2019/1/12 第一章 电介质的极化、电导和损耗
２．电介质电导与金属电导的本质区别 （１）带电质点不同：电介质为带电离 子（固有离子，杂质离子）；金属为自由 电子。 （２）数量级不同：电介质的γ小，泄 漏电流小；金属电导的电流很大。 （３）电导电流的受影响因素不同：电 介质中由离子数目决定，对所含杂质、温 度很敏感；金属中主要由外加电压决定， 杂质、温度不是主要因素。
1.3 电介质的电导 １．定义：在电场的作用下，由带电 质点（电子、正负离子）沿电场方向 移动而造成的。 要点：带电质点主要是正负离子， 也称离子式电导 表示，γ↑→泄漏电流大 。
2019/1/12 第一章 电介质的极化、电导和损耗
３．影响电介质电导的因素 气体电介质与游离有关。 液体和固体电解质 (１) 温度：温度↑ ａ．热运动加剧→迁移率↑→γ↑ ｂ．分子或离子热离解↑→γ↑ 经验公式 γ＝Ａｅ－Ｂ／Ｔ （２）电场强度 Ｅ<Ｅ0 时，γ几乎不变， Ｅ>Ｅ0时，γ与Ｅ呈指数关系。 （３）杂质 中性介质的电导一般主要由杂质引起（离子数↑） →γ↑； 固体介质受潮（加入强极性杂质）→γ↑。
2019/1/12
第一章 电介质的极化、电导和损耗
4 ．固体介质的表面电导 除体积电导外介质还有表面电导 －－由于介质表面吸附一些水分、尘 埃或导电性的化学沉淀物形成的．水 分起着特别重要作用。 亲水性介质（玻璃、陶瓷）表面 电导大 ； 憎水性介质（石蜡、四氟乙烯、聚 苯乙烯）表面电导小。
2019/1/12 第一章 电介质的极化、电导和损耗
2019/1/12 第一章 电介质的极化、电导和损耗
２．电介质电导与金属电导的本质区别 （１）带电质点不同：电介质为带电离 子（固有离子，杂质离子）；金属为自由 电子。 （２）数量级不同：电介质的γ小，泄 漏电流小；金属电导的电流很大。 （３）电导电流的受影响因素不同：电 介质中由离子数目决定，对所含杂质、温 度很敏感；金属中主要由外加电压决定， 杂质、温度不是主要因素。
《高电压技术系列》--电介质的极化、电导和损耗
为什么呢？
电介质放入极板间,就要受到电场的作用,介质原
子或分子结构中的正、负电荷在电场力的作用下产生 位移，向两极分化，但仍束缚于原子或分子结构中而 不能成为自由电荷。结果，在介质靠近极板的两表面 呈现出与极板上电荷相反的电的极性来，即靠近正极 板的表面呈现负的电极性，靠近负极板的表面呈现正 的电极性，这些仍保持在电介质内部的电荷称为束缚 电荷。正由于靠近极板两表面出现束缚电荷，根据异 极性电荷相吸的规律，要从电源再吸收等量的异极性 电荷Q′到极板上，这就导致Q=Q0+ Q′＞Q0。
用于电容器的绝缘材料，显然希望选用r 大的电介质，因 为这样可使电容的体积减小和重量减轻。但其他电气设备中往
往希望选用 r 较小的电介质，这是因为较大的 r往往和较大的 电导率相联系，因而介质损耗也较大。采用 r 较小的绝缘材料
还可减小电缆的充电电流、提高套管的沿面放电电压等。
在高压电气设备中常常将几种绝缘材料组合在一起使用， 这时应注意各种材料的r 值之间的配合，因为在工频交流电压 和冲击电压下，串联的多层电介质中的电场强度分布与各层电 介质的r 成反比。
四、空间电荷极化
上述三种极化都是由带电质点的弹性位移或转向形成的， 而空间电荷极化的机理与上述不同，它是带电质点（电子或正、 负离子）的移动形成的。最典型的空间电荷极化是夹层极化。
当开关S和上，两电介质 都发生极化。由于电介 质不同，极化程度也不 同，故交界面处积聚的 异号电荷不相等。如： 介质Ⅰ下部边缘处积聚 的正电荷比介质Ⅱ上部 边缘处积聚的负电荷多 的话，则在两介质交界 面处显示出正的电极性 来。这种使夹层电介质 分界面上出现电荷积聚 的过程称为夹层极化。
最基本的极化形式有电子式极化、离子式极化、偶极子极 化和空间电荷极化等。
电介质放入极板间,就要受到电场的作用,介质原
子或分子结构中的正、负电荷在电场力的作用下产生 位移，向两极分化，但仍束缚于原子或分子结构中而 不能成为自由电荷。结果，在介质靠近极板的两表面 呈现出与极板上电荷相反的电的极性来，即靠近正极 板的表面呈现负的电极性，靠近负极板的表面呈现正 的电极性，这些仍保持在电介质内部的电荷称为束缚 电荷。正由于靠近极板两表面出现束缚电荷，根据异 极性电荷相吸的规律，要从电源再吸收等量的异极性 电荷Q′到极板上，这就导致Q=Q0+ Q′＞Q0。
用于电容器的绝缘材料，显然希望选用r 大的电介质，因 为这样可使电容的体积减小和重量减轻。但其他电气设备中往
往希望选用 r 较小的电介质，这是因为较大的 r往往和较大的 电导率相联系，因而介质损耗也较大。采用 r 较小的绝缘材料
还可减小电缆的充电电流、提高套管的沿面放电电压等。
在高压电气设备中常常将几种绝缘材料组合在一起使用， 这时应注意各种材料的r 值之间的配合，因为在工频交流电压 和冲击电压下，串联的多层电介质中的电场强度分布与各层电 介质的r 成反比。
四、空间电荷极化
上述三种极化都是由带电质点的弹性位移或转向形成的， 而空间电荷极化的机理与上述不同，它是带电质点（电子或正、 负离子）的移动形成的。最典型的空间电荷极化是夹层极化。
当开关S和上，两电介质 都发生极化。由于电介 质不同，极化程度也不 同，故交界面处积聚的 异号电荷不相等。如： 介质Ⅰ下部边缘处积聚 的正电荷比介质Ⅱ上部 边缘处积聚的负电荷多 的话，则在两介质交界 面处显示出正的电极性 来。这种使夹层电介质 分界面上出现电荷积聚 的过程称为夹层极化。
最基本的极化形式有电子式极化、离子式极化、偶极子极 化和空间电荷极化等。
2 电介质的极化、电导和损耗
-
极化前
极化后
5
四、空间电荷极化（夹层介质界面极化）
夹层介质界面极化概念 ： 当t=0:
U1 C2 U 2 C1
G1 G2 C1 C 2
U
当t=∞: U 1 G2 U 2 G1
A
G1
P G2
B
C1
U C2
6
一般有
C 2 G2 C1 G1
电荷重新分配，在两层介质的交界面处有积 累电荷，这种极化形式称夹层介质界面极化。 夹层界面上电荷的堆积是通过介质电导G完成 的，高压绝缘介质的电导通常都很小，这种性质 的极化只有在低频时才有意义
又如电机定子线圈出槽口和套管等情况，如果固体绝 缘材料的r减小，则交流下沿面放电电压可以提高。
16
2. 多层介质的合理配合 对于多层介质，在交流及冲击电压下，各层电压分布与 其 r成反比，要注意选择r ，使各层介质的电场分布较均匀 ，从而达到绝缘的合理应用
3. 材料的介质损耗与极化类型有关，而介质损耗是影 响绝缘劣化和热击穿的一个重要因素。
பைடு நூலகம்
液体的分子结构、极性强弱，、纯净程度、介质温度等对 电导影响很大，各种液体电介质的电导可能相差悬殊，工 程上常用的变压器油、漆和树脂等都属于弱极性。
30
液体电介质中电压－电流特性
区域1：液体电介质的 电导在电场比较小的 情 况 下，遵循欧姆定 律 区域2：随着场强的增 大 ， 与气体相似，有 一平坦区域 区域3：场强继续增大 超过某一极限 ，电极 发射电子引起电流激 增，最终击穿
极性介质（如云母、玻璃等）及离子性介质，水分子与固体介质分子 的附着力很强，在介质表面形成连续水膜，表面电导较大，且与湿度有 关。称这类介质为亲水性介质。
极化前
极化后
5
四、空间电荷极化（夹层介质界面极化）
夹层介质界面极化概念 ： 当t=0:
U1 C2 U 2 C1
G1 G2 C1 C 2
U
当t=∞: U 1 G2 U 2 G1
A
G1
P G2
B
C1
U C2
6
一般有
C 2 G2 C1 G1
电荷重新分配，在两层介质的交界面处有积 累电荷，这种极化形式称夹层介质界面极化。 夹层界面上电荷的堆积是通过介质电导G完成 的，高压绝缘介质的电导通常都很小，这种性质 的极化只有在低频时才有意义
又如电机定子线圈出槽口和套管等情况，如果固体绝 缘材料的r减小，则交流下沿面放电电压可以提高。
16
2. 多层介质的合理配合 对于多层介质，在交流及冲击电压下，各层电压分布与 其 r成反比，要注意选择r ，使各层介质的电场分布较均匀 ，从而达到绝缘的合理应用
3. 材料的介质损耗与极化类型有关，而介质损耗是影 响绝缘劣化和热击穿的一个重要因素。
பைடு நூலகம்
液体的分子结构、极性强弱，、纯净程度、介质温度等对 电导影响很大，各种液体电介质的电导可能相差悬殊，工 程上常用的变压器油、漆和树脂等都属于弱极性。
30
液体电介质中电压－电流特性
区域1：液体电介质的 电导在电场比较小的 情 况 下，遵循欧姆定 律 区域2：随着场强的增 大 ， 与气体相似，有 一平坦区域 区域3：场强继续增大 超过某一极限 ，电极 发射电子引起电流激 增，最终击穿
极性介质（如云母、玻璃等）及离子性介质，水分子与固体介质分子 的附着力很强，在介质表面形成连续水膜，表面电导较大，且与湿度有 关。称这类介质为亲水性介质。
高电压技术(第1章)
极化、电导和损耗：在外加电压相对较低（不超 过最大运行电压）时，电介质内部所发生的物理 过程。
这些过程发展比较缓慢、稳定，所以一直被 用来检测绝缘的状态。此外，这些过程对电介质 的绝缘性能也会产生重要的影响。
击穿：在外加电压相对较高（超过最大运行电压） 时，电介质可能会丧失其绝缘性能转变为导体， 即发生击穿现象。
离子式结构的固体电介质的体积电导则主要 由离子在热运动影响下脱离晶格移动所形成。
影响固体电介质体积电导的主要因素 电场强度
场强较低时，加在固体介质上的电压与流过 的电流服从欧姆定律。场强较高时，电流将随电 压的增高而迅速增大。
因固体介质发生碰撞游离的场强高，在发生 游离前阴极就能发射电子，形成电子电导，故流 过固体介质的电流不存在饱和区。 温度
荷。
二、电介质极化的概念和极化的种类
极化：无论何种结构的电介质，在没有外电场 作用时，其内部各个分子偶极矩的矢量和平均 来说为零，电介质整体上对外没有极性。
当外电场作用于电介质时，会在电介质沿 电场方向的两端形成等量异号电荷，就像偶极 子一样，对外呈现极性，这种现象称为电介质 的极化。
电介质极化的四种基本形式：
温度升高时，体积电导按指数规律增大。 杂质
杂质含量增大时，体积电导也会明显增大。
固体电介质的表面电导主要是由附着于介质表 面的水分和其他污物引起的。
固体电介质的表面电导与介质的特性有关：
亲水性介质，容易吸收水分，水分可以在其表 面形成连续水膜，如玻璃、陶瓷就属此类。
憎水性介质，不容易吸收水分，水分只能在其 表面形成不连续的水珠，不能形成连续水膜，如石 蜡、硅有机物就属此类。
电负性相等或相差不大的两个或多个原子相 互作用时，原子间则通过共用电子对结合成分子， 这种化学键就称为共价键。
高电压技术总复习
⾼电压技术总复习第⼀章电介质的极化、电导和损耗⼀、掌握电介质极化的基本形式及特点（1）极化：电介质中的带电质点在电场作⽤下沿电场⽅向作有限位移现象。
（2）电⼦位移极化：负电荷的作⽤中⼼与正电荷的作⽤中⼼不再重合主要特点：1、极化所需时间极短；2、极化具有弹性，不产⽣能量损耗；3、温度对极化的影响较⼩。
（3）离⼦位移极化：在外电场E作⽤下，正、负离⼦将发⽣⽅向相反的偏移，使平均偶极矩不再为零，介质呈现极化。
离⼦式极化的特点：1、极化过程极短；2、极化具有弹性，⽆能量损耗；3、温度对极化有影响：（4）偶极⼦极化：在外电场的作⽤下，偶极⼦受到电场⼒的作⽤⽽发⽣转向，顺电场⽅向作有规律的排列，靠电极两表⾯呈现出电的极性。
偶极⼦式极化的特点：1、极化所需时间极长，故极化与频率有较⼤的关系；2、极化属⾮弹性，有能量损耗；3、温度对极化影响很⼤：极性⽓体介质具有负的温度系数；（5）空间电荷极化：是带电质点（电⼦或正、负离⼦）的移动形成的。
最典型的空间电荷极化是夹层极化。
夹层极化的特点：1、极化所需时间长，故夹层极化只有在低频时才有意义。
具有夹层绝缘的设备断开电源后，应短接进⾏彻底放电以免危及⼈⾝安全，⼤容量电容器不加电压时也应短接；2、极化涉及电荷的移动和积聚，所以必然伴随能量损耗。
⼆、介质的相对介电常数ε0 ——真空的介电常数=8.86×10-14F/cm三、掌握电介质损耗的基本概念、介质损耗因数tanδ概念采⽤介质损耗⾓正切tanδ作为综合反映电介质损耗特性优劣的⼀个指标，测量和监控各种电⼒设备绝缘的tanδ值已成为电⼒系统中绝缘预防性试验的最重要项⽬之⼀。
第⼆章⽓体放电的物理过程⼀、掌握⽓体中带电粒⼦的产⽣和消失1 ⽓体中带电质点的产⽣途径：电⼦获得⾜够的能量跳出最外层轨道，成为⾃由电⼦。
产⽣带电离⼦的过程称为电离（游离），它是⽓体放电的⾸要前提。
⼀是⽓体本⾝发⽣电离（游离）；⼆是⽓体中的固体或液体⾦属发⽣表⾯电离（游离）。
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电场方向产生弹性位移现象和偶极子的取向现象。介电常数
用于表示极化强弱。对于平行平板电容器，极间为真空时：
Q0 0 A C0 U d
(一)电子式极化
在外电场
原子中的电子轨道将相对于原子核
发生弹性位移。正负电荷作用中心 不再重合而出现感应偶极矩
E 的作用下，介质
其值为 m ql （矢量 l 的方向为
降，但由于转向频率增大仍会使极化损耗增加、tg 增大。一旦 也变得很小。
大到偶极子完全来不及转向时， tg 值变得最小而趋于某一定值，
3.固体介质损耗
(1)无机绝缘材料：云母、陶瓷、玻璃
云母：由电导引起损耗，介质损耗小，耐高温性能好，
是理想的电机绝缘材料，但机械性能差；
电工陶瓷：既有电导损耗，又有极化损耗；20ºC和
的胶体粒子（例如绝缘油中的悬浮胶粒）或细小水珠，他 们吸附电荷后变成了带电粒子。 4、表面电导：对于固体介质，由于表面吸附水分和污秽存 在表面电导，受外界因素的影响很大。所以，在测量体积 电阻率时，应尽量排除表面电导的影响，应清除表面污秽、 烘干水分、并在测量电极上采取一定的措施。
固体、液体介质的电导率 与温度T 的关系：
(三)偶极子极化
极性电介质：分子具有固有的电矩，即正、负电荷作用中
心永不重合，由极性分子组成的电介质称为极性电介质。
极性分子不存在外电场时，极 性分子的偶极子因热运动而杂乱 无序的排列着，如图所示，宏观 电矩等于零，因而整个介质对外
并不表现出极性。
出现外电场后，原先排列杂乱
的偶极子将沿电场方向转动，
以可用体积电导率和表面电导率说明问题，不必再引入介质损
耗这个概念了。
交流：流过电介质的电流
I IR IC
此时介质的功率损耗：
P UI cos UI R UIC tg U 2CP tg （3-7）
—电源角频率； 式中： －功率因数角； －介质损耗角。
(二)气体、液体和固体介质的损耗
r 很小。液体、固体介质的 r在低温
度的上升而减小。
如图3-6为极性液体、固体介质的 与温度的关系。
r
(四)夹层极化
凡是由不同介电常数和电导率的多种电介质组成的绝缘结 构，在加上外电场后，各层电压将从开始时按介电常数分布 逐渐过渡到稳态时按电导率分布。在电压重新分配的过程中， 夹层界面上会积聚起一些电荷，使整个介质的等值电容增大， 这种极化称为夹层介质界面极化，简称夹层极化。
由于这种极化涉及电荷的移动和积聚，必然伴随能量损耗，
而且过程较慢，一般需要几分之一秒、几秒、几分钟、甚至
几小时，所以这种极化只有在直流和低频交流电压下才能表 现出来。
第二节、电介质的电导
电导率是表征电介质导电性能的主要物理量，其倒数 为电阻率。按载流子的不同，电介质的电导又可分为离子 电导和电子电导两种。
由－q指向＋q）。这种极化称为 电子式极化或电子位移极化。
m，
电子式极化存在于一切电介质中，有两个特点：
完成极化需要的时间极短；(极化与频率无关)
外场消失，整体恢复中性。
所以这种极化不产生能量损耗，不会使介质发热。
(二) 离子式极化
固体无机化合物大多属 离子式结构，无外电场时， 晶体的正、负离子对称排 列，各个离子对的偶极矩 互相抵消，故平衡极矩为 零。
子沿电场方向的有序排列，极化强度反而随温度的上升而 减弱，由于极化损耗的减小超过了电导损耗的增加，所以 总的 tg 曲线随t的升高而下降，并在t=t2时达到极小值。
在t>t2以后，由于电导
损耗随温度急剧上升、极 化损耗不断减小而退居次 要地位，因而 tg 就随时间 t的上升而持续增大。
极性液体介质的 与电源角频率 tg 如图所示。
50Hz tg时 ＝2％～5％； 玻璃：电导损耗＋极化损耗，损耗与玻璃成分有关。
(2)有机绝缘材料
可分为非极性和极性
非极性有机电介质：只有电子式极化，损耗取决于电
导；
极性有机电介质：极化损耗使总损耗较大。
小 结
电介质的极化
o电子式极化 o离子式极化 o偶极子极化 o夹层极化
电介质的电导为表征电介质导电性能的主要物理量 电介质的损耗为在电场作用下电介质中的能量损耗
和
的关系
极化得以充分发展，此时的 最大；但此时偶极子单位时
较小时，偶极子的转向极化完全跟得上电场的交变，
间的转向次数不多，因而极化损耗很小， tg 也小，且主要
由电导损耗引起。
反而又稍有增大，这是因为电容电流减小的 tg 减至很小， 结果。随 增大，转向极化逐渐跟不上电场交变， 开始下 如
B T
Ae
式中：A、B 为与介质有关的常数，其中固体介质的常数B 通常比液体介质的B 值大的多。T 为绝对温度，单位为K 。 该式表明, 随温度T 按指数规律上升。
第三节、电介质的损耗
(一)电介质的损耗的基本概念
介质损耗：在电场作用下电介质中总有一定的能量损耗，包括 由电导引起的损耗和某些有损极化（例如偶极子、夹层极化） 引起的损耗，总称介质损耗。 直流：电介质中没有周期性的极化过程，只要外加电压还没有 达到引起局部放电的数值，介质中的损耗将仅由电导组成，所
在出现外电场后，正、负离子 将发生方向相反的偏移，使平均 偶极矩不再为零，介质呈现极化。 离子式极化的特点：
1、离子相对位移有限，外电场
消失后即恢复原状；
2、所需时间很短，其 r 几乎与
外电场频率无关。
温度对离子式极化的影响： 1、离子间的结合力会随温度的升高而减小，从而使极化 程度增强； 2、离子的密度随温度的升高而减小，使极化程度减弱。 通常前一种影响较大，故其 r 一般具有正的温度系数。
1.气体介质损耗
气体中的电场强度达到放 电起始场强E0时，气体中发生 局部放电，这时损耗将急剧增 大。
2.液体介质损耗
（1）中性和弱极性液体介质 损耗主要由电导引起，其损耗率（单位体积电介质的功 率损耗）为：
P0 E 2 （W/cm2）
-电介质的电导率，S/cm；E -电场强度V/cm。 式中：
1、电子电导：一般很微弱，因为介质中自由电子数极少； 如果电子电流较大，则介质已被击穿。 2、离子电导：
本征离子电导：极性电介质有较大的本征离子电导，电阻
率1010～1014 cm
杂质离子电导：在中性和弱极性电介质中，主要是杂质离
子电导，电阻率1017～1019 cm
3、电泳电导：载流子为带电的分子团，通常是乳化状态
与温度有指数关系，P0也以指
数规律随温度的上升而增大。极 性液体介质的损耗 tg 与温度的 关系如图所示。
在低温时，极化损耗和电导损耗都较小，随着温度的升
高，液体的粘度减小，偶极子转向极化增加，电导损耗也
在增大，所以总的 tg 亦上升，并在t＝t1时达到极大值；
在t1<t<t2的范围内，由于分子热运动的增强妨碍了偶极
偶极子极化与温度t 的关系：
温度升高时，分子热运动加剧，阻碍极性分子沿电场取向， 使极化减弱，所以通常极性气体介质有负的温度系数。 对液体和固体介质，温度很低时，分子间联系紧密，偶极
子转动比较困难，所以
下先随温度的升高而增大，以后当热运动变得较强烈时，分子 热运动阻碍极性分子沿电场取向，使极化减弱， r又开始随着温
第一章 电介质的极化、电导和损耗
液体和固体介质广泛用作电气设备的内绝缘，常用的液体
和固体介质为：
液体介质：变压器油、电容器油、电缆油 固体介质：绝缘纸、纸板、云母、塑料、电瓷、玻璃、硅
橡胶
电介质的电气特性表现在电场作用下的
导电性能 介电性能 电气强度
第一节、电介质的极化
电介质的极化是电介质在电场作用下，其束缚电荷相应于
作较有规则极子极化或转向极化。
偶极子极化与频率f 的关系：
偶极子极化是非弹性的，极 化过程需要消耗一定的能量，
极化所需的时间也较长， 为
10－10～10－2 s，所以极性电 介质的 r 值与电源频率有较大 关系。
频率太高时，偶极子将来 不及转动，因而其 r 值 变小，如图所示。其中 r 0 相当于直流电场下的相对 介电常数，f >f1 以后偶极 子将越来越跟不上电场的 r 值不断下降；当f 交变， ＝f2 时，偶极子已完全不跟 着电场转动了，这时只存 在电子式极化， r 减小 到 r 。
用于表示极化强弱。对于平行平板电容器，极间为真空时：
Q0 0 A C0 U d
(一)电子式极化
在外电场
原子中的电子轨道将相对于原子核
发生弹性位移。正负电荷作用中心 不再重合而出现感应偶极矩
E 的作用下，介质
其值为 m ql （矢量 l 的方向为
降，但由于转向频率增大仍会使极化损耗增加、tg 增大。一旦 也变得很小。
大到偶极子完全来不及转向时， tg 值变得最小而趋于某一定值，
3.固体介质损耗
(1)无机绝缘材料：云母、陶瓷、玻璃
云母：由电导引起损耗，介质损耗小，耐高温性能好，
是理想的电机绝缘材料，但机械性能差；
电工陶瓷：既有电导损耗，又有极化损耗；20ºC和
的胶体粒子（例如绝缘油中的悬浮胶粒）或细小水珠，他 们吸附电荷后变成了带电粒子。 4、表面电导：对于固体介质，由于表面吸附水分和污秽存 在表面电导，受外界因素的影响很大。所以，在测量体积 电阻率时，应尽量排除表面电导的影响，应清除表面污秽、 烘干水分、并在测量电极上采取一定的措施。
固体、液体介质的电导率 与温度T 的关系：
(三)偶极子极化
极性电介质：分子具有固有的电矩，即正、负电荷作用中
心永不重合，由极性分子组成的电介质称为极性电介质。
极性分子不存在外电场时，极 性分子的偶极子因热运动而杂乱 无序的排列着，如图所示，宏观 电矩等于零，因而整个介质对外
并不表现出极性。
出现外电场后，原先排列杂乱
的偶极子将沿电场方向转动，
以可用体积电导率和表面电导率说明问题，不必再引入介质损
耗这个概念了。
交流：流过电介质的电流
I IR IC
此时介质的功率损耗：
P UI cos UI R UIC tg U 2CP tg （3-7）
—电源角频率； 式中： －功率因数角； －介质损耗角。
(二)气体、液体和固体介质的损耗
r 很小。液体、固体介质的 r在低温
度的上升而减小。
如图3-6为极性液体、固体介质的 与温度的关系。
r
(四)夹层极化
凡是由不同介电常数和电导率的多种电介质组成的绝缘结 构，在加上外电场后，各层电压将从开始时按介电常数分布 逐渐过渡到稳态时按电导率分布。在电压重新分配的过程中， 夹层界面上会积聚起一些电荷，使整个介质的等值电容增大， 这种极化称为夹层介质界面极化，简称夹层极化。
由于这种极化涉及电荷的移动和积聚，必然伴随能量损耗，
而且过程较慢，一般需要几分之一秒、几秒、几分钟、甚至
几小时，所以这种极化只有在直流和低频交流电压下才能表 现出来。
第二节、电介质的电导
电导率是表征电介质导电性能的主要物理量，其倒数 为电阻率。按载流子的不同，电介质的电导又可分为离子 电导和电子电导两种。
由－q指向＋q）。这种极化称为 电子式极化或电子位移极化。
m，
电子式极化存在于一切电介质中，有两个特点：
完成极化需要的时间极短；(极化与频率无关)
外场消失，整体恢复中性。
所以这种极化不产生能量损耗，不会使介质发热。
(二) 离子式极化
固体无机化合物大多属 离子式结构，无外电场时， 晶体的正、负离子对称排 列，各个离子对的偶极矩 互相抵消，故平衡极矩为 零。
子沿电场方向的有序排列，极化强度反而随温度的上升而 减弱，由于极化损耗的减小超过了电导损耗的增加，所以 总的 tg 曲线随t的升高而下降，并在t=t2时达到极小值。
在t>t2以后，由于电导
损耗随温度急剧上升、极 化损耗不断减小而退居次 要地位，因而 tg 就随时间 t的上升而持续增大。
极性液体介质的 与电源角频率 tg 如图所示。
50Hz tg时 ＝2％～5％； 玻璃：电导损耗＋极化损耗，损耗与玻璃成分有关。
(2)有机绝缘材料
可分为非极性和极性
非极性有机电介质：只有电子式极化，损耗取决于电
导；
极性有机电介质：极化损耗使总损耗较大。
小 结
电介质的极化
o电子式极化 o离子式极化 o偶极子极化 o夹层极化
电介质的电导为表征电介质导电性能的主要物理量 电介质的损耗为在电场作用下电介质中的能量损耗
和
的关系
极化得以充分发展，此时的 最大；但此时偶极子单位时
较小时，偶极子的转向极化完全跟得上电场的交变，
间的转向次数不多，因而极化损耗很小， tg 也小，且主要
由电导损耗引起。
反而又稍有增大，这是因为电容电流减小的 tg 减至很小， 结果。随 增大，转向极化逐渐跟不上电场交变， 开始下 如
B T
Ae
式中：A、B 为与介质有关的常数，其中固体介质的常数B 通常比液体介质的B 值大的多。T 为绝对温度，单位为K 。 该式表明, 随温度T 按指数规律上升。
第三节、电介质的损耗
(一)电介质的损耗的基本概念
介质损耗：在电场作用下电介质中总有一定的能量损耗，包括 由电导引起的损耗和某些有损极化（例如偶极子、夹层极化） 引起的损耗，总称介质损耗。 直流：电介质中没有周期性的极化过程，只要外加电压还没有 达到引起局部放电的数值，介质中的损耗将仅由电导组成，所
在出现外电场后，正、负离子 将发生方向相反的偏移，使平均 偶极矩不再为零，介质呈现极化。 离子式极化的特点：
1、离子相对位移有限，外电场
消失后即恢复原状；
2、所需时间很短，其 r 几乎与
外电场频率无关。
温度对离子式极化的影响： 1、离子间的结合力会随温度的升高而减小，从而使极化 程度增强； 2、离子的密度随温度的升高而减小，使极化程度减弱。 通常前一种影响较大，故其 r 一般具有正的温度系数。
1.气体介质损耗
气体中的电场强度达到放 电起始场强E0时，气体中发生 局部放电，这时损耗将急剧增 大。
2.液体介质损耗
（1）中性和弱极性液体介质 损耗主要由电导引起，其损耗率（单位体积电介质的功 率损耗）为：
P0 E 2 （W/cm2）
-电介质的电导率，S/cm；E -电场强度V/cm。 式中：
1、电子电导：一般很微弱，因为介质中自由电子数极少； 如果电子电流较大，则介质已被击穿。 2、离子电导：
本征离子电导：极性电介质有较大的本征离子电导，电阻
率1010～1014 cm
杂质离子电导：在中性和弱极性电介质中，主要是杂质离
子电导，电阻率1017～1019 cm
3、电泳电导：载流子为带电的分子团，通常是乳化状态
与温度有指数关系，P0也以指
数规律随温度的上升而增大。极 性液体介质的损耗 tg 与温度的 关系如图所示。
在低温时，极化损耗和电导损耗都较小，随着温度的升
高，液体的粘度减小，偶极子转向极化增加，电导损耗也
在增大，所以总的 tg 亦上升，并在t＝t1时达到极大值；
在t1<t<t2的范围内，由于分子热运动的增强妨碍了偶极
偶极子极化与温度t 的关系：
温度升高时，分子热运动加剧，阻碍极性分子沿电场取向， 使极化减弱，所以通常极性气体介质有负的温度系数。 对液体和固体介质，温度很低时，分子间联系紧密，偶极
子转动比较困难，所以
下先随温度的升高而增大，以后当热运动变得较强烈时，分子 热运动阻碍极性分子沿电场取向，使极化减弱， r又开始随着温
第一章 电介质的极化、电导和损耗
液体和固体介质广泛用作电气设备的内绝缘，常用的液体
和固体介质为：
液体介质：变压器油、电容器油、电缆油 固体介质：绝缘纸、纸板、云母、塑料、电瓷、玻璃、硅
橡胶
电介质的电气特性表现在电场作用下的
导电性能 介电性能 电气强度
第一节、电介质的极化
电介质的极化是电介质在电场作用下，其束缚电荷相应于
作较有规则极子极化或转向极化。
偶极子极化与频率f 的关系：
偶极子极化是非弹性的，极 化过程需要消耗一定的能量，
极化所需的时间也较长， 为
10－10～10－2 s，所以极性电 介质的 r 值与电源频率有较大 关系。
频率太高时，偶极子将来 不及转动，因而其 r 值 变小，如图所示。其中 r 0 相当于直流电场下的相对 介电常数，f >f1 以后偶极 子将越来越跟不上电场的 r 值不断下降；当f 交变， ＝f2 时，偶极子已完全不跟 着电场转动了，这时只存 在电子式极化， r 减小 到 r 。