1 电介质的极化和电导解析
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绪
论
一、本门学科的形成、任务
1、我国电力发展的概况
(1) 装机容量、发电量迅速增长
(2) 用电量迅速增长
(3) 电网的建设有较大发展
建国后，1952年建设了110kV输电线路，逐渐形成京津唐 110kV输电网； 1954年建成丰满－李石寨220kV输电线，逐渐形成东 北电网220kV骨干网架；
1972年建成330kV刘家峡－关中输电线路，以后逐渐 形成西北电网330kV骨干网架； 1981年建成500kV姚孟－武昌输电线路，1983年又建 成葛洲坝－武昌和葛洲坝－双河两回500kV线路，开始形 成华中电网500kV骨干网架。1989年建成±500kV葛洲坝 －上海超高压直流输电线路，实现了华中－华东两大区的 直流联网。
一、介质的极化和介电常数
1、极化定义
电介质在电场作用下，其束缚电荷相应 于电场方向产生弹性位移现象和偶极子的取向现象。
2、介电常数
表示极化强弱的一个物理量。 以真空平板电容器为例分析：
极化前： 极化后：
Q0 0 A C0 U d
Q Q0 Q A C U U d
一般介质不均匀，于是要有 一电压重新分配过程，亦即 C1、C2上电荷重新分配，在 此过程中，分界面上将集聚 起多余的电荷，从而显出极 性来。
极化结果： 等值电容增大；夹层界面堆积电荷产生极性。
2、本学科及课程的特点：
多学科性、边缘性、不完善性；抽象、理论性。
第一章 介质的极化、电导和损耗
电介质分类： 按状态分气体、液体和固体三类 气体介质广泛用作电气设备的外绝缘； 液体和固体介质广泛用作电气设备的内绝缘。
常用的液体介质：变压器油、电容器油、电缆油 常用的固体介质：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：
为保持场强不变，极板上电荷必然会增加，以抵消极化电荷 产生的反电场. C Q0 Q A / d r 是反映电介质极化特性 r C0 Q0 0 A / d 0 的一个物理量。与温度有关 气体 r 接近于1，因密度小、极化率低；液体和固体多在 2～6之间。 用于电容器的绝缘材料，希望选用 r 大的介质，可使单位 电容的体积和重量减小。 其他电气设备中总是选 r 较小的介质，因介质损耗较小。 采用 r 较小绝缘材料可减小电缆的充电电流、提高套管的 沿面放电电压等。 采用组合绝缘时应注意各种材料 r 值之间的配合，在交流 电压下，串联多层介质的场强分布与介质的 r 成反比。
二、极化种类
1、无损极化：
(1)电பைடு நூலகம்式极化
①电子式 ②离子式 特点：极化时间很短； 各种频率下均可发生， 与外加频率无关； 具有弹性，无损耗； 温度影响不大。 (2) 离子式极化 特点：极化时间稍长； 与频率无关； 弹性极化，无损； εr具正的温度系数；
2、有损极化： ①偶极子 ②夹层极化
(1) 偶极子极化
我国上世纪80年代开始了更高电压等级的论证、研究、 试验等，并于2005年9月在西北网建成投产了750kV输电线 路（官亭－兰州）。 2009年1月我国首条1000kV特高压输电线路开始投入 运行。
2、电力发展为何需要越来越高的电压？
理论上输电线路的输电能力与输电电压的平方成正比，电压 提高1倍，输送功率将提高4倍；
大容量输电的需求：高效率的大型、特大型发电机组的 建造投运，以其为基础建设的特大容量规模发电基地，需 要更高电压的输电网。 经济性好：资源中心在西部，能源负荷中心在东部，特高压 输电实现更大范围的资源优化配置。
3、高压的分类及世界、我国最高电压等级
输电电压一般分高压、超高压和特高压。 国际上，高压（HV）通常指35～220kV的电压； 超高压（EHV）通常指330kV及以上、750kV及以下电压； 特高压（UHV）指1000kV及以上的电压。 高压直流（HVDC）通常指的是±600kV及以下的直流 输电电压； ±600kV以上的电压称为特高压直流（UHVDC）。 前苏联1150kV输电线于1985年建成两段，到1992年经过了 6年的商业运行考验； 日本于上世纪80年代建设东西和南北两条1000V输电主干线， 将位于东太平洋沿岸的福岛核电站和柏崎核电站的电力输送 到东京。这两条线目前降压至500kV运行。
导电性能 介电性能 电气强度 表征参数： 电导率(绝缘电阻率)γ 介电常数ε 介质损耗角正切tanδ 击穿电场强度
本次课程的目的要求:
1、掌握极化、电导(绝缘电阻) 的概念
2、能说明极化的种类和特点
3、能解释吸收现象 4、能说明介质电导形成的原因及影响因素
1.1 电介质的极化
特点： 非弹性极化； 有能耗；
极化时间较长； 频率对极化有影响；
（a）无外电场 （b）有外电场
温度较低时，T↑→分子间作用力↓→转向容易→极化↑； 温度较高时→热运动加剧 阻碍转向→极化↓ (2)夹层极化
合闸瞬间：
U1 U2
t 0
C2 C1
稳定后：
U1 U2
t
R1 G2 R2 G1
到14年底国网公司已建成特高压输电工程“三交四直”： 交流：陕北—晋东南—南阳—荆门—武汉； 淮南—浙北—上海；浙北—福州； 直流：向家坝—上海；锦屏—苏南； 哈密南—郑州；溪洛渡—浙西金华。
二、本门学科的研究对象及特点
1、三大对象：
绝缘技术；绝缘的试验技术及设备； 过电压及防护技术
（1）绝缘又称为电介质，分气体、液体和固体三类。 它的作用是将不同电位的导体分开；绝缘在运行中要承受 各种电压的作用，电压较低时会发生极化、电导和损耗现 象，电压超出临界值时会发生击穿现象。 要研究电介质在电压下的电气物理性能，特别是高压下的 击穿特性。 （2）研究击穿特性需要做高压试验，涉及到试验电源、测 量仪器、手段方法（在线、离线、智能化）等。 （3）电力系统在运行时不但要承受工作电压的作用，还会 受到大气过电压和内部过电压的作用，所以要研究其产生原 因、特点以及防护措施（结合计算机技术、模拟、仿真）。
论
一、本门学科的形成、任务
1、我国电力发展的概况
(1) 装机容量、发电量迅速增长
(2) 用电量迅速增长
(3) 电网的建设有较大发展
建国后，1952年建设了110kV输电线路，逐渐形成京津唐 110kV输电网； 1954年建成丰满－李石寨220kV输电线，逐渐形成东 北电网220kV骨干网架；
1972年建成330kV刘家峡－关中输电线路，以后逐渐 形成西北电网330kV骨干网架； 1981年建成500kV姚孟－武昌输电线路，1983年又建 成葛洲坝－武昌和葛洲坝－双河两回500kV线路，开始形 成华中电网500kV骨干网架。1989年建成±500kV葛洲坝 －上海超高压直流输电线路，实现了华中－华东两大区的 直流联网。
一、介质的极化和介电常数
1、极化定义
电介质在电场作用下，其束缚电荷相应 于电场方向产生弹性位移现象和偶极子的取向现象。
2、介电常数
表示极化强弱的一个物理量。 以真空平板电容器为例分析：
极化前： 极化后：
Q0 0 A C0 U d
Q Q0 Q A C U U d
一般介质不均匀，于是要有 一电压重新分配过程，亦即 C1、C2上电荷重新分配，在 此过程中，分界面上将集聚 起多余的电荷，从而显出极 性来。
极化结果： 等值电容增大；夹层界面堆积电荷产生极性。
2、本学科及课程的特点：
多学科性、边缘性、不完善性；抽象、理论性。
第一章 介质的极化、电导和损耗
电介质分类： 按状态分气体、液体和固体三类 气体介质广泛用作电气设备的外绝缘； 液体和固体介质广泛用作电气设备的内绝缘。
常用的液体介质：变压器油、电容器油、电缆油 常用的固体介质：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：
为保持场强不变，极板上电荷必然会增加，以抵消极化电荷 产生的反电场. C Q0 Q A / d r 是反映电介质极化特性 r C0 Q0 0 A / d 0 的一个物理量。与温度有关 气体 r 接近于1，因密度小、极化率低；液体和固体多在 2～6之间。 用于电容器的绝缘材料，希望选用 r 大的介质，可使单位 电容的体积和重量减小。 其他电气设备中总是选 r 较小的介质，因介质损耗较小。 采用 r 较小绝缘材料可减小电缆的充电电流、提高套管的 沿面放电电压等。 采用组合绝缘时应注意各种材料 r 值之间的配合，在交流 电压下，串联多层介质的场强分布与介质的 r 成反比。
二、极化种类
1、无损极化：
(1)电பைடு நூலகம்式极化
①电子式 ②离子式 特点：极化时间很短； 各种频率下均可发生， 与外加频率无关； 具有弹性，无损耗； 温度影响不大。 (2) 离子式极化 特点：极化时间稍长； 与频率无关； 弹性极化，无损； εr具正的温度系数；
2、有损极化： ①偶极子 ②夹层极化
(1) 偶极子极化
我国上世纪80年代开始了更高电压等级的论证、研究、 试验等，并于2005年9月在西北网建成投产了750kV输电线 路（官亭－兰州）。 2009年1月我国首条1000kV特高压输电线路开始投入 运行。
2、电力发展为何需要越来越高的电压？
理论上输电线路的输电能力与输电电压的平方成正比，电压 提高1倍，输送功率将提高4倍；
大容量输电的需求：高效率的大型、特大型发电机组的 建造投运，以其为基础建设的特大容量规模发电基地，需 要更高电压的输电网。 经济性好：资源中心在西部，能源负荷中心在东部，特高压 输电实现更大范围的资源优化配置。
3、高压的分类及世界、我国最高电压等级
输电电压一般分高压、超高压和特高压。 国际上，高压（HV）通常指35～220kV的电压； 超高压（EHV）通常指330kV及以上、750kV及以下电压； 特高压（UHV）指1000kV及以上的电压。 高压直流（HVDC）通常指的是±600kV及以下的直流 输电电压； ±600kV以上的电压称为特高压直流（UHVDC）。 前苏联1150kV输电线于1985年建成两段，到1992年经过了 6年的商业运行考验； 日本于上世纪80年代建设东西和南北两条1000V输电主干线， 将位于东太平洋沿岸的福岛核电站和柏崎核电站的电力输送 到东京。这两条线目前降压至500kV运行。
导电性能 介电性能 电气强度 表征参数： 电导率(绝缘电阻率)γ 介电常数ε 介质损耗角正切tanδ 击穿电场强度
本次课程的目的要求:
1、掌握极化、电导(绝缘电阻) 的概念
2、能说明极化的种类和特点
3、能解释吸收现象 4、能说明介质电导形成的原因及影响因素
1.1 电介质的极化
特点： 非弹性极化； 有能耗；
极化时间较长； 频率对极化有影响；
（a）无外电场 （b）有外电场
温度较低时，T↑→分子间作用力↓→转向容易→极化↑； 温度较高时→热运动加剧 阻碍转向→极化↓ (2)夹层极化
合闸瞬间：
U1 U2
t 0
C2 C1
稳定后：
U1 U2
t
R1 G2 R2 G1
到14年底国网公司已建成特高压输电工程“三交四直”： 交流：陕北—晋东南—南阳—荆门—武汉； 淮南—浙北—上海；浙北—福州； 直流：向家坝—上海；锦屏—苏南； 哈密南—郑州；溪洛渡—浙西金华。
二、本门学科的研究对象及特点
1、三大对象：
绝缘技术；绝缘的试验技术及设备； 过电压及防护技术
（1）绝缘又称为电介质，分气体、液体和固体三类。 它的作用是将不同电位的导体分开；绝缘在运行中要承受 各种电压的作用，电压较低时会发生极化、电导和损耗现 象，电压超出临界值时会发生击穿现象。 要研究电介质在电压下的电气物理性能，特别是高压下的 击穿特性。 （2）研究击穿特性需要做高压试验，涉及到试验电源、测 量仪器、手段方法（在线、离线、智能化）等。 （3）电力系统在运行时不但要承受工作电压的作用，还会 受到大气过电压和内部过电压的作用，所以要研究其产生原 因、特点以及防护措施（结合计算机技术、模拟、仿真）。