第九章 第三节 介质损耗

三、影响电介质损耗的因素
1) 材质（极化） 2)温度 3)频率 4)电压 湿度对介质的影响 电介质吸潮后，介损会增大，因为湿 度增大会使电导损耗和极化损耗均增大。湿度对极性电 5) 湿度 介质和多孔性材料的影响特别大，例如纸的水分含量从
4%增大到10%时，tanδ可增大100倍。但对高压设备而言， 由于其绝缘结构复杂，各部分吸潮的性能不 一样，测量 整体的tanδ不一定能反映出局部受潮。
三、影响电介质损耗的因素
1) 材质（极化） 2) 温度 3）频率 4）电压 5）湿度
介损与温度的关系决定于介质 的结构。中性或弱极性介质的 损耗主要来源于电导，故tgδ 随温度升高而增大。由于极性 介质具有电导和极化两种损耗， 在某一温度范围内，以极 化 损耗为主。
先观察频率f1这根曲线，温度较低（<θ1) 时，两种损耗都很小，且都随温度增高 而增大，当温度等于θ1时，极化损耗达 到最大值;以后随着温度的升高(θ1 < θ< 图9-8 极性介质介损与温度和频率的关系 θz)，因分子热运动加快，防碍了偶极 1-对于与频率f1的曲线； 子转向极化，故极化损耗大大减弱， 2-对应于频率f2的曲线（ f1 ＜ f2 ） tano随温度升高而减小，直至温度等于 θz时， tano降到最小值。 θ > θ 2后，极 化损耗不再是主要因素，介质损耗主要 由电导损耗决定，故介质损耗又随温度 上升而增加 tg
图9-8 极性介质介损与温度和频率的关系 1-对于与频率f1的曲线； 2-对应于频率f2的曲线（ f1 ＜ f2 ）
三、影响电介质损耗的因素
1) 材质（极化） 2) 温度 3）频率 4）电压
介损与电压的关系当外加电压较低时， tan δ 不随电压变化而改变。但如绝缘有缺陷，如 图9-9 含有气隙的介质的 与电压的关系 存在气泡时，则当外加电压高于空气的起始 电离电压时，空气产生游离，介质损耗剧增。 如图9-9所示。故可利用这一特性，通过测量 tan δ和电压的关系曲线，判断绝缘内是否有 分层、裂缝等局部缺陷。例如对电机绝缘就 要测定不同电压下的tan δ值进行比较以资判 断。
5.夹层极化---有损极化
夹层极化是多层电解质组成的复合绝缘中产生的一种特殊的空间电荷极化。 在高电压工程中，许多设备的绝缘都是采用这种复合绝缘，如电缆、电容 器、电机和变压器的绕组等，在两层介质之间常有油层、胶层等形成多层 介质结构。对于不均匀的或含有杂质的介质，或者受潮的介质，事实上也 可以等价为这种夹层介质来看待。夹层介质在电场作用下得极化称为夹层 极化，其极化过程特别缓慢，所需时间由几秒到几十分钟，甚至更长，且 极化过程伴随有较大的能量损耗，所以也属于有损极化。夹层极化的发生 是由于各层电解质的介电常数不同，其电导率也不同，当加上电压后各层 间的电场分布将会出现从加压初始瞬时按介电常数成反比分布，逐渐过渡 到稳态时的按电导率成反比分布，由此在各层电介质中出现了一个电压重 新分配的过程，最终导致在各层介质的交界面上出现宏观上的空间电荷堆 积，形成所谓的夹层极化。
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3. 偶极子式极化—有损极化
在极性分子结构的电介质中，当有外电场作用时，偶极 子受到电场力的作用而转向电场的方向，这种极化被称 为偶极子式极化，或转向极化。
4. 空间电荷极化---有损极化
由于电介质中会存在一些可以迁徙的电子或离子，因而在电
场作用下这些带电质点将会发生移动，并聚积在电极附近的
介质界面上，形成客观的空间电荷积累，因此这种极化称为 空间电荷极化。 特点：消耗能量，为有损极化；仅在低频下发生，相当于电导。
三、影响电介质损耗的因素
1) 材质（极化） 2) 温度 3）频率
介损与频率的关系图9-8还给出了频 率为f2时的tan δ = f(θ)的，f2>f1。这 说明，对某一种绝缘材料，频率增 大时， tanδ= f(θ)曲线形状不变，但 极值往温度升高方向移动，其原因 是:在较高频率下，偶极子不易充分 转向，要使转向进行得更充分，只 得升高温度，减小粘滞性，故峰值 点和整条曲线向右移动。
P=IU
二、交流电压作用的介质损耗
在交流电压作用下，产生损耗的原因比较复杂，除电导引起 损耗外，不有因介质的反复极化引起的损耗 P=Uicosφ U、I均为有效值 φ为功率因数角，电流超前电压一个角度φ，一般小于90°C 电压越高，电流越大，损耗越多
三、研究介质损耗的等值电路及计算公式
等值电路
功率因 数角
主要内容
1、电介质的极化 2、电介质的导电 3、电介质的损耗 4、电介质的击穿
电介质在直流电压U作用下，开始有较大 的电流，一段时间后极化过程结束，电 流趋于一稳定值I∞，与之对应的电阻称 为绝缘电阻R ∞，它的倒数称为绝缘电导。
主要内容
1、电介质的极化 2、电介质的导电 3、电介质的损耗 4、电介质的击穿
2. 离子式极化
在离子式结构的电介质中， 当有外电场作用时，则除了 促使各个离子内部产生电子 式极化之外，还将产生正负 离子的相对位移，使正负离 子按照电厂的方向进行有序 排列，形成极化，这种极化 称为离子式极化
完成离子式极化所需的时间也很短，约10-13s ，其极
化响应速度通常在红外线频率范围，亦可在所有频率 范围发生。 离子式极化也具有弹性，亦属于无损极化。
第九章 高压设备的绝缘试验
第三节 介质损耗
主要内容
1、电介质的极化 2、电介质的导电 3、电介质的损耗 4、电介质的击穿
极化（polarization），指事物在 一定条件下发生两极分化，使其 性质相对于原来状态有所偏离的 现象。如分子极化(偶极矩增大)、 外电场作用下，电介质显示电性的现象。 光之极化(偏振)、电极极化等。 理想的绝缘介质内部没有自由电荷，实际 的电介质内部总是存在少量自由电荷，它 们是造成电介质漏电的原因。 一般情形下， 未经电场作用的电介质内部的正负束缚电 荷平均说来处处抵消，宏观上并不显示电 性。在外电场的作用下，束缚电荷的局部 移动导致宏观上显示出电性，在电介质的 表面和内部不均匀的地方出现电荷，这种 现象称为极化，出现的电荷称为极化电荷。 这些极化电荷改变原来的电场。
介质角 正切或 损耗因 数
P UI R UI ctg U C p tg
2
I R U / Rp 1 tg I C UC p C p R p
P U C p tg
2
1、对某一被试器，C一定，若U、ω为不变数，则介质损耗上tgδ决定。因 此， tgδ和介电常数、电导率一样，属材料本身的特性参数，它是衡量介 质本身在电场中将电场能转变为热能（损耗）的一个宏观物理参数。 2、高压或高频下，应选用tgδ小的材料，以防止过度发热导致热击穿。 3、只有计算意义，等值电路并不能确切地反映介质内部的物理过程。
介质中有电流渡过，一定有能量损耗 处于电场中的电介质，单位时间内消耗 的能量定义为电介质功率损耗，简称介 质损耗。
第三节 电介质的损耗
一、电介质损耗的基本概念
二、介质损耗因素（ tg ）
图1-10 电介质的并联等值电路及相量图 （a）等值电路；（b）相量图
一、直流电压作用的介质损耗
在直流电压作用下，产生损耗是由电导中的电流（漏导电流）引起
1、电子式极化 (1) 电子式极化存在于所有电介质中。 (2) 由于电子异常轻小，完成极化所需的时间极短，约10-15s， 极化响应速度极快，通常相当于紫外线频率范围。 (3) 电子式极化具有弹性。一旦外电场减小时，依靠正、负电 荷之间的吸引力，其作用中心立即重合而恢复成中性。 (4) 电子式极化所消耗的能量可忽略不计，称为“无损极化”。