电介质的极化

电介质的极化知识框架：极化的概念与形式、电子式极化（电子发生相对位移）——极化过程时间极短，弹性极化，无能量损耗，极化过程与电源频率、温度无关等等

第一章

• 1||| 第一节（电介质的极化）
  • 1、极化的概念与形式
    • 定义——电介质在没有外电场的作用时，内部的正、负电荷处于平衡状态，当有外电场作用时正、负电荷受电场力的作用相对位置发生变化，使得电介质表面出现电荷，这种现象称为电介质的极化
    • 极化的形式
      • 电子式极化（电子发生相对位移）——极化过程时间极短，弹性极化，无能量损耗，极化过程与电源频率、温度无关
      • 离子式极化（正负离子偏移）——极化过程很短，弹性极化，无能量损耗，极化程度 与电源频率无关，与温度略有关系，如：云母、陶瓷、玻璃
      • 偶极子式极化（偶极子受电场力作用而转向）——极化时间较长，非弹性极化，有能量损耗，极化程度与电源频率和温度有关
      • 夹层式极化——极化过程缓慢，非弹性极化，有能量损耗
  • 2、相对介电常数
    • 定义
    • 作用
      • 用来表征电介质在电场的作用下极化程度的物理量
    • 影响因素
      • 相对电介质常数由电介质的材料决定的，并且与温度、频率有关系
  • 3、电介质极化在工程上的意义
    • 1||| ①选择电介质时，除应注意电场强度等要求外，还要注意εr的大小;用作电容器的绝缘介质时，希望εr大些，用作电缆的绝缘介质时，希望εr小些。
    • 2||| ②几种绝缘介质组合在一起使用时，应注意各种材料的εr的配合。
    • 3||| ③材料的介质损耗与极化形式有关，而介质损耗是使绝缘劣化和热击穿的一个重要因素。极性介质的εr大，往往其损耗也大。
    • 4||| ④在绝缘预防性实验中，夹层式极化现象可用来判断绝缘介质的受潮情况。在使用大的电容器时，应注意吸收电荷对人身安全的危害。
• 2||| 第二节（电介质的电导）
  • 1、定义
    • 在外电场的作用下，带电质点做定向运动，形成电流，电介质在电场作用下产生的这种现象成为电介质的电导。
  • 2、等值电路和绝缘电阻
    • 等值电路
    • 绝缘电阻
      • ①
      • ②固体电介质的绝缘电阻
        • （包括体积绝缘电阻和表面绝缘电阻）
  • 3、各类电介质电导的特点
    • 气体电介质的电导
      • 气体电介质是良好的绝缘体，气体的电导主要是电子电导
    • 液体电介质的电导
      • ①形成电导电流的带电质点有离子电导、电泳电导。
      • ②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。
      • ③电气设备在运行中要注意防潮，可以用过滤、吸附、干燥等措施除去电介质中的水分和杂质。
    • 固体电介质的电导
      • ①固体电介质没有电泳电导。离子电导很大程度上取决于电介质中含有的杂质；
      • ②固体电介质包括体积电导和表面电导，表面电导主要是由附着于电介质表面的水分和其他污物引起的。
      • ③固体电介质的表面电导与介质特性有关。
        • 亲水性介质——水分子可以在其表面形成连续水膜，如陶瓷、玻璃等
        • 憎水性介质——水分只能在其表面形成不连续的水珠，如石蜡、硅有机物等
      • ④采取使电介质表面洁净、干燥或涂敷石蜡、有机硅、绝缘漆等措施，可以降低固体电介质的表面电导。
  • 4、电介质电导在工程上的意义
    • ①在高压设备绝缘预防性实验中，一般要测量绝缘电阻和泄露电流，以判断设备的绝缘是否受潮或其他劣化想象。
    • ②电介质的电导对电气设备的运行有重要影响，电导产生的能量损耗使设备发热。
    • ③注意环境湿度对固体电介质表面的影响。
• 3||| 第三节（电介质的损耗）
  • 1、概念
    • 电介质在电压的作用下有能量损耗，一种是电导引起的，一种是有损极化引起的，直流电压下的损耗用绝缘电阻表示，交流电压下下除了电导损耗还有周期性的能量损耗，用电介质损耗正切角表达。
  • 2、电介质损失正切角tanδ
    • 公式
      • tanδ=Ir/Ic=1/ωCR
    • 作用
      • 用来表征电介质品质的好坏，仅取决于材料的特性。
  • 3、各类电介质损耗的特点
    • ①气体电介质
      • 气体电介质的相对介电常数接近1，极化率极小，因此常用气体电介质的电容器作为标准电容器；
      • 但在强电场作用下气体易游离；若固体电介质中含有气泡，气泡内的局部放电也会使电介质损耗增加。
    • ②液体和固体电介质的损耗
      • 非极性或弱极性的液体或固体以及结构较紧密的离子性电介质，极化形式主要是电子式极化和离子式极化，没有极化损耗，tanδ较小，且电介质损耗随温度升高而增加。
      • 偶极性固体和液体电介质以及结构不紧密的离子性固体电介质tanδ较大，且与温度、频率等因素有复杂关系。
  • 4、电介质损耗在工程上的意义
    • ①作为绝缘介质，希望其tanδ 越小越好。
    • ②在电气设备绝缘性预防实验中，通过测量tanδ 和tanδ =f(U）的关系曲线可以对绝缘状态加以判断。