液体和固体介质的电气特性.ppt

液体和固体介质的电气特性固体电介质作用:绝缘固定导体、非导体材料液体电介质作用:绝缘冷却灭弧电介质主要参数:γ—电导率ε—介电常数tanδ—介质损耗角正切Eb—击穿场强1液体和固体介质的极化、:在外电场作用下,使介质中彼此中和的正负电荷产生位移,介质表面出现束缚电荷介电常数ε—表示电介质极化强弱。平行平板电容器,极间为真空时:放置固体介质,电容量将为:相对介电常数:电介质的εr值(20°C时):气体εr接近于1,液体和固体大多在2—6之间。电容器:选取εr较大的材料;其他电气设备:选用εr较小的电介质。交流和冲击电压下:串联的多层电介质的电场强度分布与各层电介质的εr成反比。极化型式:电子式、离子式极化、偶极子式、夹层极化。(一)电子式极化有外电场:原子中的电子轨道发生弹性位移,正、负电荷作用中心不再重合,对外呈电性无外电场:介质中原子(分子)正、电荷作用中心重合,不显电性。特点:1、完成极化需要的时间极短;约10-15s。2、弹性极化,外场消失,正、负电荷作用中心重合,对外呈中性,不产生能量损耗。电子式极化存在于一切电介质中图2-1电子式位移极化(二)离子式位移极化离子式极化:存在于(离子式结构)固体无机化合物中。有外电场时:正、负离子将发生方向相反的偏移,使平均偶极矩不再为零,介质呈现电性。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,故平均极矩为零。介质呈中性。特点:1、弹性位移极化,外电场消失后即恢复原状,无损耗。2、所需时间很短(约10-12~10-13s),几乎与外电场频率无关。3、随温度的升高极化程度增强,原因:介质体积膨胀,离子间距增大,相互作用力减弱。图2-2***化钠晶体的离子式极化●○--钠离子极化前后的位置▲△--***离子极化前后的位置(三)偶极子式极化极性电介质(胶木、橡胶等):分子中正、负电荷作用中心永不重合,具有固有的电矩,为一电偶极子。无外电场时:因分子热运动,介质中电偶极子杂乱无序的排列,宏观电矩等于零,整个介质对外不呈现电性。。有外电场时:介质中电偶极子沿电场方向定向排列,介质对外呈现电性。特点:1、极化所需的时间也较长,10-6—10-2s。极化程度与外施电源频率有较大关系,频率提高,极化减弱。。2、极化过程需要消耗一定的能量(a)无外电场(b)有外电场2-3偶极子式极化(四)夹层极化夹层极化:多种电介质组成的绝缘结构中出现的极化现象。例:平行板电极的双层电介质绝缘外施电压,各层介质上的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电荷—夹层极化。t=0时合上开关,电压分配与电容成反比:t=∞,电压分配将与电导成反比:(a)双层电介质(a)等值电路图2-6直流电压下双层电介质的夹层极化即C1、C2上的电荷需要重新分配。一般:设:C1<C2,而G1>G2,则:t=0时,U1>U2t∞时,U1<U2→特点:1、极化涉及电荷的移动和积聚,伴随能量损耗;2、极化过程较慢,极化时间需要几分之一秒、几分钟、甚至几小时。可见,随着时间t的增加,U1下降而U2增高,而外施电压U不变。这就意味着C1要通过G1放掉一部分电荷(使U1下降),而C2要通过G1从电源再补充一部分电荷(使U2上升),于是分界面上将积聚起一批多余的空间电荷,这就是夹层极化引起的吸收电荷吸收电流:电荷积聚过程所形成的电流。、气体的介电常数:相对介电常数εr≈1二、液体的相对介电常数中性和弱极性液体:~8,(变压器油、苯、硅油等),其值随频率及温度变化较小。极性液体电介质:εr值较大(几到几十)与频率的关系:f较小时,偶极子来得及随外加电场转向εr值较大,f>f0,偶极子转向跟不上外加电场极性变化,εr随频率的增加而减小。与温度的关系:温度低,εr较小;温度提高,εr增大;温度过高,分子热运动加剧,对偶极子的转向有阻滞作用,εr随温度的提高减小。图2-4极性液体电介质的εr与频率关系图2-5极性液体、固体电介质的εr与频率关系