一、電介質(zhì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本知識
電介質(zhì):能在其中持久建立電場的物質(zhì)
物質(zhì)性質(zhì)與其微雞肉結(jié)構(gòu)直接相關(guān)
1.形成分子和聚集態(tài)的各種鍵
分子:原子或離子組成,氣、液、固三種由原子、離子或分子組成。
鍵——質(zhì)點間的結(jié)合方式
化學(xué)鍵:高子鍵,共價鍵,分子由相鄰原子間的結(jié)合力(相互吸收作用)
分子鍵:分子間的結(jié)合力
高電壓領(lǐng)域理論基礎(chǔ)——電介質(zhì)與放電理論高電壓是基礎(chǔ)課
2.電介質(zhì)分類
(1)非極性及弱極性電介質(zhì)
非極性電介質(zhì)——由非極性分子組成,分子由共價鍵結(jié)合
弱極性電介質(zhì)——存在分子異構(gòu)或支鏈,多少有些極性。
(2)偶極性電介質(zhì)——由極性分子組成,聚氯乙烯
(3)離子性電介質(zhì):只固體形式,無個別分子——晶體和無定形體兩類
晶體——云母,電瓷 無定形體——石英
二、電介質(zhì)的極化及相對介電常數(shù)
1.極化的基本類型
真空中電容量為co,攝入固體介質(zhì),容量變?yōu)椋?相對介電常數(shù),盡量增大原因——介質(zhì)極化現(xiàn)象。
由介質(zhì)極化形式:
(1) 電子位移極化
介質(zhì)中的原子,分子或離子中的電子在外電場作用下,電子軌道相對于原子核發(fā)生位移,從而產(chǎn)生感應(yīng)電短的過程。
特點:存在于一切介質(zhì)中,極化時間短,極化程度取決于e,,與電源頻率f無關(guān),極化是彈性的,無能量損耗,去掉外電場,極化可立即恢復(fù)。
(2)位移極化
離子結(jié)合成的電介質(zhì),外電場作用使正、負(fù)離子產(chǎn)生微小位移,平均具有電場方向的偶極矩,這種極化時間極短,極人程度與電源頻率f無關(guān),有正的溫度系數(shù)。
(2) 轉(zhuǎn)向極化(偶極豫極化或取向極化)
極性介質(zhì),單個分子子具有偶極矩,無外電場,對外平均不具有偶極矩,外電場作用下,取向極化率增加,對外具有了偶極矩,存在于偶極性介南中,非彈性的,轉(zhuǎn)向需克服相互間作用面做功,消耗能量,復(fù)原時不可能收回,極化時間長,與f有關(guān)頻率較高時,轉(zhuǎn)向極化跟不上電場變化,極化率減小。
溫度防礙
(4)夾層介質(zhì)界面極化
上述3種帶電質(zhì)點的彈性位移或轉(zhuǎn)向形成本:帶點質(zhì)點移動形式。實際——多層電提質(zhì)絕緣結(jié)構(gòu)如雙層介質(zhì)表面電荷爾蒙不重新分配。
實際上,往往電荷重新分配,兩層介質(zhì)交界處會積累電荷,故稱夾層介質(zhì)界面極化。
這種極化方式存在于不均勻夾層介質(zhì)中,伴有能量損失,夾層電荷爾蒙堆積通過電導(dǎo)g完成,g很小,極化建立時間長,因此這種極化低頻時才有意義。
(5)空間電荷極化
介質(zhì)內(nèi)自由正、負(fù)離子在電場作用下移動,改變頒布狀況,在電極附近形成空間電荷,類似夾層界面極化。
2.電介質(zhì)的介電常數(shù)
(1)氣體電介質(zhì)的介電常數(shù)
分子間的距離很大,密度小,極化率很小,一切氣體相對提電常數(shù)都接近,表4-1,子略減小, 略增大,變化不大
(2)介質(zhì)的介電常數(shù)
① 非極性和弱極性電介質(zhì),石油苯,
② 偶極性電介質(zhì) 較大,能用作絕緣介質(zhì)的 左右,電容浸漬劑使此電容增大,損耗大蓖麻油, 關(guān)系圖4-2
(3) 固體電介質(zhì)的介電常數(shù)
① 非極性和弱極性固體電介質(zhì)、多、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、石蠟、石棉、有機玻璃等
② 偶極性固體電介質(zhì),樹脂,纖維,橡膠,蟲膠,無機玻璃,聚氯乙烯和滌綸等到
③ ③離子性電介質(zhì) 陶瓷、去母等到
3.討論極化的意義
①選擇絕緣:因素,電氣強度,,容器:追求體積小,容量大,,電纜:為減小電容電流,選擇小介質(zhì)
②多層介質(zhì)的合理配合
多層介質(zhì),在交流及沖擊電壓下,各層電壓分布與成反比,選擇使各層介質(zhì)電場介質(zhì)較均勻。
③介質(zhì)損耗的理論依據(jù)——極化形式同介質(zhì)損失有關(guān)
④ 預(yù)防性試驗項目的理論依據(jù)
三、電介質(zhì)的電導(dǎo)?電阻及電導(dǎo)率?電阻率
1.電介質(zhì)的漏導(dǎo)電流和位移電流
漏導(dǎo)電流——介質(zhì)中自由的或相互聯(lián)系弱的帶電質(zhì)點在電場作用下運動造成的,——離子
介質(zhì):電導(dǎo)由離子造成
金屬:電導(dǎo)由電子造成
半導(dǎo)體:二者之間
位移電流——指介質(zhì)極化造成的吸收電流
度驗曲線
圖4-3測表面電位,體積電們,三電極結(jié)構(gòu)
圖4-4測表介質(zhì)體積電位的回路
輔助電極——流過介質(zhì)表面的電流的內(nèi)部電位分開,a測得介質(zhì)內(nèi)部電流。s1合閘,ic快速極化造成位移電流,ia:吸收電位——空間電荷極化等緩慢極化造成,ig漏導(dǎo)電流,ia’也稱吸收電位,ic’瞬時放電電流,s3短接,瞬閃打開,合上s1穩(wěn)定后斷開s1,合上s2.吸收電流,氣體中沒有,液一中極化快,ia衰減快,固體ia明顯
2.體積電導(dǎo)和表面電導(dǎo)
體積電阻率
a測量電極面極,h介質(zhì)厚度,rv=v/ig體積電阻體積電導(dǎo)率
表面電阻率(電導(dǎo)率)測量
3.氣體電介質(zhì)電導(dǎo)
外電離因素——離子濃度500-1000對/cm3場強起過eb,氣體電介質(zhì)碰撞電離電導(dǎo)急劇增大。
4.液體電介質(zhì)電導(dǎo)
兩種因素
①離子電導(dǎo):液體本身或雜質(zhì)的分子解離的離子決定,離子電導(dǎo)大小和分子極性及液體線凈程度有關(guān)。
線凈非極性液體電介質(zhì) 弱極性電介質(zhì)偶極性液體 高頻下不用,損耗太大,強極性液體——水、乙醇實際是導(dǎo)電液,不是絕緣材料表4-2
升高 a、b常數(shù)
分子解高度加p,離子易克服位壘至成為自由離子
③ 電流電導(dǎo):由固體或液體雜質(zhì)以高級分散狀態(tài)懸浮于液體中形成的膠體質(zhì)點吸附離子而帶電造成的,變壓器由中水滴
5.固體電介質(zhì)的電導(dǎo)
類似液體,沒有電流電導(dǎo)
●離子性電介質(zhì)——電導(dǎo)與離子本身性質(zhì)有關(guān)
單價小離子(li+,na+, k+)束縛弱,易形成電介流,電導(dǎo)大結(jié)構(gòu)緊密,潔凈的離子性電介質(zhì)
結(jié)構(gòu)不緊密且含單價小離子的電介質(zhì)
●非極性、弱極性介質(zhì)——雜質(zhì)離子造成電導(dǎo)
●偶極性電介質(zhì)——本身解離,還有雜質(zhì)小
電導(dǎo)取決于微觀結(jié)構(gòu)和宏觀結(jié)構(gòu),有體積電導(dǎo),還有表面電導(dǎo),表面電導(dǎo)——表面吸附水分和污物引起,清潔,降低表面電導(dǎo)
6.討論電導(dǎo)的意義
①絕緣預(yù)防性試驗的理論依據(jù)——利用絕緣電阻,泄漏電流,吸收比判斷的絕級狀況
②直流電壓作用下,選擇合適電阻率,實現(xiàn)各層間合理分壓
③注意環(huán)境溫度對固體介質(zhì)表面電阻的影響,注意親水性材料的表面防水處理。
四、電介質(zhì)中的能量損耗及介質(zhì)損失角正切
1.介質(zhì)損失角正切
直流電壓下,介質(zhì)僅有漏導(dǎo)損失體積電阻率表面電阻率
交流電壓下,介質(zhì)還有極化損失,作外,還城另外特征量,交流電壓下,介質(zhì)叫流i,存在損耗,ui夾角非90度 ic流過介質(zhì)總的無功電流,ir總的有功電流,ir包括漏導(dǎo)和極化損失,ir大則損失大,介質(zhì)損失角正切,表示介質(zhì)在交流電壓下的損耗,反映介質(zhì)自身性能
2.電介質(zhì)的并聯(lián)與串聯(lián)等效回路
分析介質(zhì)交流下的能量損耗等效回路
并聯(lián):
串聯(lián):因此有
等效電路只有計算上的意義,并不反映損耗的物理過程,損耗由電導(dǎo)引起,用并聯(lián)等效電路。
等效電路介質(zhì)極化及導(dǎo)線電阻引起,用串聯(lián)等電路
等效電路由多種介質(zhì)串并聯(lián)引起,靈活選用等效電路
介質(zhì)損耗率
3.氣體電介質(zhì)的損耗
極化率極小,損耗即電導(dǎo)損耗
標(biāo)準(zhǔn)電容器:氣體介質(zhì)電容器,氣體電導(dǎo)小,損耗極小,強電場下,易電離,——不均勻場局部放電,間隙損耗增加。
4.液體和固體電介質(zhì)的損耗
①非極性,弱極性及結(jié)構(gòu)緊密的離子性介質(zhì)主要是電子們移極化離子們移極化,沒有能量損耗——損耗由漏導(dǎo)決定。
較小,10-4數(shù)量級,聚乙烯等代良的絕緣材料,用于高頻或精密設(shè)備中。
②偶極性固體、液體介質(zhì)及結(jié)構(gòu)不緊密的離子性介質(zhì),漏導(dǎo)損失外,還有極化損失,濕度,頻率等因素有較復(fù)雜的關(guān)系。
反映電場變支一周內(nèi)的能量損失
5.討論的意義
①選擇絕緣材料。過大熱擊穿
②預(yù)防性試驗中判斷絕緣狀況,與u的關(guān)第曲線來判斷是否發(fā)生局部放電。
③當(dāng)在的材料需要加熱時,可對材料加交流(工頻或高頻)電壓,材料自身介質(zhì)損耗發(fā)熱——加熱均勻。