固体电介质的电导

子情境1.1绝缘材料的电气性能
图1－3 偶极子式极化示意图
极性电介质的分子本身就是一个偶极子。在没有外 电场作用时,整个介质对外不呈现极性。在有外电场 作用时，偶极子受电场力的作用发生转向，并沿电 场方向定向排列，整个介质对外呈现极性。这种由 偶极子转向造成的极化称为偶极子式极化。
特点：极化过程时间较长，约10-10～10-2s；极化
一、极化的概念和极化的形式
（一）极化的概念
电介质有外电场作用时，正、负电荷受电场 力的作用，其相对位置发生变化，电介质的表 面出现电荷,这种现象称为电介质的极化。
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（二）极化的形式
1. 电子式极化
2．离子式极化 3．偶极子式极化 4. 夹层式极化
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子情境1.1绝缘材料的电气性能
（4）在绝缘预防性试验中，夹层极化 现象可用来判断绝缘受潮情况。在使用 电容器等大容量设备时，须特别注意吸 收电荷对人身安全的威胁。
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任务1.1.2
电介质的电导
内容
Байду номын сангаас
• 电介质电导的概念
• 电介质的等值电路和绝缘电阻 • 各类电介质电导的特点 • 电介质电导在工程上的意义
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相对介电常数εr
它是表征电介质在电场作用下极化程度 的物理量
εr的值由电介质的材料 决定，并且与温度、频 率等因素有关。
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三、电介质极化在工程上的意义
（1）选择电介质时，除应注意电气强度 等要求外，还应注意εr的大小 。 （2）几种绝缘介质组合在一起使用（高 压电气设备的绝缘常是这种情况）时，应 注意各种材料εr的配合 （ 3）材料的介质损耗与极化形式有关， 而介质损耗是影响绝缘劣化和热击穿的一 个重要因素。
图1－1 电子式极化示意图
定义：无外电场时对外不显电性。外电场 作用下由于电子发生相对位移而发生极 化。 特点：极化过程时间极短，约10-14～10-15 s ；极化是弹性的，无能量损耗；与电源 频率、温度无关。
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图1－2 离子式极化示意图
定义：发生于离子结构的电介质中。正常 对外不呈现极性，在外电场作用下正、 负离子偏移其平衡位置，使介质内正、 负离子的作用中心分离，介质对外呈现 极性。 特点：时间极短，约10-12～10-13s；极化是 弹性的，无能量损耗；极化程度与电源 频率无关，随温度升高而略有增加。
【实例分析】设图1－4（b）中C1=1，C2= 2，G1=2，G2=1，U=3，为了说明的简便， 全部参数均只标数值，略去单位
合闸初瞬:
U1=2U2 =1， Q1=U1C1= 2 Q2=U2C2= 2
稳态时 :U1=1，U2=2 Q2=U2C2=4，分界面上堆积的 电荷为＋4－1＝＋3。
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• 要求
熟悉电介质在电场作用下的极化、电 导和损耗等物理现象，以及它们在工程上 的合理应用。
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知识点 ● 电介质的极化、电导和损耗的概念 ● 各类电介质的极化、电导和损耗的特 点 ● 相对介电常数εr ● 电介质的等值电路 ● 介质损失角正切tanδ ● 电介质极化、电导和损耗在工程上的 意义
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夹层式极化:使夹层电介质分界面上出现电 荷积聚的过程。由于夹层极化中有吸收电 荷，故夹层极化相当于增大了整个电介质 的等值电容。 夹层式极化的特点：极化过程缓慢;是非弹 性的;只有在直流电压下或低频电压作用下 ，极化才能呈现出来，有能量损耗。
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重点和难点
● 相对介电常数εr ● 介质损失角正切tanδ ● 电介质的极化、电导和损耗在工程上 的意义
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任务1.1.1 电介质的极化
内容
• 极化的概念和极化的形式 • 介电常数
• 电介质极化在工程上的意义
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存在的 时间较 长
反映有损极化的等效电阻
泄漏电流，是不随时 间变化的恒定电流
介质的绝
存在的 时间很 短，很 快衰减 到零
缘电阻
反映有损极化形成 的电容
反映 真空 和无 损极 化所 形成 的电 容
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非弹性的，去掉外电场，不能恢复到极化前的状态， 有能量损耗；极化程度与电源频率、温度有关
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C1
图1－4 夹层极化物理过程示意图
稳态时
对两层不同的介质
等值电路中电容支路相当 于开路，两层介质上的电 压分配与各层电导成反比 设 C1＞C2、G1＜G2 ，t→0时，U1＜U2； t→∞时， 等值电路中电容支路的容 S 刚合闸瞬间 U 抗远小于电导支路的电阻 1＞U2，这样，在t＞0后，U2下降，U1 上升。即C2上 （相当于施加很高频率的 的部分电荷经 G 放掉，而 C 则要经过 G2从电源再吸收 ，两层介质上的电压分配 2 1 电压） 一部分电荷，结果使两层介质的分界面上出现了不等 与各层电容成反比 量的异号电荷，从而显示出电的极性来
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一、电介质电导的概念
电介质内部总有一些带电质点（主要是正 、负离子）,在外电场作用下作定向运动， 形成电流，这种现象称为电介质的电导。
电介质电导与温度有密切的关系，温度越 高，电导越大，这一特性恰与金属电导相 反。
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二、电介质的等值电路和绝缘电阻
二、介电常数
固体介质插入后,在电 当极板间为真空时，电 场作用下，电介质发 压U对真空电容器充电， 生极化，在沿电场方 极板上出现电荷Q0。此 向的两个表面上产生 时电容器的电容值C0为 异号电荷，所产生的 电场与外施电压产生 的电场方向相反。因 为U不变， 固体介质 E将保持不变。为维持 极板面 的介电常 电场恒定，极板上的 真空的介电数， 极化后 极间距 积，单 数 电荷增加用以抵消极 8.86×1014F/cm。 离，单 位为 化电荷所产生的反电 位为cm cm2 场。