δ称为介质损耗角，是功率因数角φ的余角
Rp IR 1 1 tg f( ) f( ) IC UCp CpR p Rp U
当设备结构定后
因此介质损耗角正切tgδ 绝缘本身的 状态 受潮有缺陷 反映 有气泡杂质 IR 夹层极化 tgδ P
绝缘劣化过程：tgδ
IR
发热
劣化
即tgδ大小反映了运行中劣化的快慢，因此测tgδ是 预防性试验项目之一，它对判断绝缘是否大面积受潮特别 有效。
（2）设计串联多层介质的直流设备时，因为U分布与各层 G成反比，故应注意所选介质的电导尽量使材料得到合理 使用（合理分压） （3）易受潮的设备应作表面防潮处理 （4）有时希望绝缘电阻较低，如高压套管法兰附近、高 压电机定子出槽口部分可涂半导体漆来改善电压分布消除 电晕
第三节 电介质的损耗
电介质损耗 有损极化损耗 绝缘电阻损耗 附加损耗 泄漏损耗
二、研究介质电导的意义
（1）绝缘试验中以测 I泄漏R∞ K吸收比 来判断绝缘 受潮 劣化 缺陷
R60” K吸收比= R15”
对电容量小 的试品 R10’ K吸收比= R1’ 对电容量大的试品如大型电机、长电缆
K吸收比≥1.3 K吸收比→1
越大表示绝缘越良好 吸收现象不严重 说明吸收现象严重
表示绝缘受潮或有缺陷
极化程度影响因素：
电场强度（有关）
电源频率（低频下存在） 温度（有关）
消耗能量：非弹性极化、有损
三、研究极化强弱的意义：
1.在电容器中希望εr大，使单位容量的体积和重量下降； 2.在电缆中希望εr小，使电缆工作时充电电流小； 3.在电机定子线圈出槽和套管希望εr小，以提高沿面放 电电压； 4.分层介质中E与εr成反比分配，因此有气泡时，E气泡 很高，易引起局部放电，设备制造中应避免气泡； 5.预防性试验中，可用夹层极化现象来判断绝缘受潮情 况； 6.在使用大C设备时，注意吸收电荷对人身安全的威胁。
U
中心位臵两极分化形成电 矩，产生与外施电场E方向相反 的E，在介质表面出现束缚电荷 放入介质时：直流电压U对电 容器充电，极板上电荷为 Q0+ΔQ0 ΔQ0就是介质极化引 起的。
U
A Q 0 Q 0 CU d 相对介电常数 r 0A Q0 C0U 0 d
εr的物理意义：电极间加入电介质后，由极化引起的电容量 比真空时的电容量加大的倍数。因此可以用εr来表征介质极 化的强弱。
转向极化
空间电荷极化 夹层介质界面极化（归到空间电荷极化）
1.电子位移极化
极化机理：电子偏离轨道 介质类型：所有介质
建立极化时间：极短，10-14 ∼ 10-15 s
极化程度影响因素： 电场强度（有关） 电源频率（无关）
温度（无关）
消耗能量：弹性极化、无损
2.离子位移极化
极化机理：正负离子位移 介质类型：离子性介质 建立极化时间：极短，10-12 ∼ 10-13 s 极化程度影响因素： 电场强度（有关） 电源频率（无关） 温度（随温度升高而增加） 离子间结合力 ↑ ↑ 离子密度 ↓ 消耗能量：弹性极化、无损
Ub∽
Ub冲
极间障：也称隔板、屏障
在油中采用厚度2－7mm的纸、胶纸、 胶布等压板或圆筒、圆管 机械地阻止杂质小 桥的形成和发展 改善电场分布 在均匀电场中，有阻止小 桥形成和发展的作用但仅能 20％
作用：
在高压变压器、油断路器中还常常采用多个极间障以得 到更好的效果，但注意障间距离要>6mm以利于油的循环冷却。
使用中油≮ 35kV 25kV 20kV
主要用于判断油中杂质多少的情况 不能作为油的放电电压
标准试油杯

3. 电场均匀程度的影响 均匀电场加U∽ Ub∽ ∵Q高 Q 杂质少 不易形成小桥 Q 收效大
∴在均匀电场中 不均匀电场加U∽ Ub∽基本不变
Q
∵针尖附近电晕离子的扰动将阻 止小桥形成 ∴在不均匀电场中过分强调 Q 其意义不很大
电导损耗 损耗主要包括两种 极化损耗
频率f
主要影响因素 温度t 电压u f对tgδ影响很大
但电网频率f=50HZ时影响甚小
多数极性介质
t<t1: 热运动弱，阻力大，极化弱，因此t t>t1: 热运动强，妨碍偶极子在E作用下作有规则运动 极化 >电导损耗（t t>t2: 极化损耗减小比电导损耗增加的作用小∴t tgδ tgδ) 阻力 极化 tgδ
二、影响介质损耗的因素
1.气体电介质：εr=1 很小 E<E0 电导很小 ∴tgδ很小 <10-8 常见气体（如空气、N2、SF6等）作为标准电容器的介质 附加损耗小 泄漏损耗小
2.液体和固体介质 1）中性或弱极性介质：它们的极化主要是无损极化
因此损耗主要是由漏导决定
按指数规律增长
2）极性液体、固体介质：
C1的电荷通过G1放电，C2从电源经G1再吸收一部分电荷Q吸 收，于是分层介质的界面上将堆积电荷，这种现象称为 电介质的吸收现象，该极化称为夹层极化,吸收过程的放 电时间常数为T=(C1+C2)/(G1+G2)也是当去掉外加U后内部 电荷释放的时间常数当C较大的设备断电后相当长时间内 仍有很高电压。 特别注意:要充分接地放电后才能触及设备。
油中呈悬浮状态的小水滴将使
Ub
当含水量>0.02－0.03％时，由于过多的水分将 下沉底部，故抗电强度基本稳定。
2.油的品质 为了判断油的好坏，常用标准电极油间隙的工频Ub来表示油的 质量等级，称为油的品质Q （一般作五次取平均值）
国家要求： >35kV 6－ 35kV <6kV
油品质的高低
新油≮ 40kV 30kV 25kV
液、固体介质与气体介质相比的特点： 1.固体介质为非自恢复绝缘 2.作为内绝缘不受大气条件变化的影响 3.液体、固体介质存在老化问题 表征绝缘材料性能的几个基本电气参数： ε －介电常数 －表征极化强弱 ρ －电阻率 －表征导电性能 γ －电导率 －表征漏电性能 tgδ －介质损耗角正切 －表征介质损耗大小 E0 －击穿场强 －表征绝缘性能（耐电性能）
导体的电阻损耗 P金属=f(i2) 电介质的损耗 P介质=f(U2) 交流U作用下介质损耗 直流U作用下介质损耗
与电压无关 与负载大小无关
两者均有 只有后者
一、介质损耗及介质损耗角正切
简化
损耗主要由电导引起，采用并联电路
损耗主要由极化和连接线引起，采用串联电路
2 介质损耗 P= UI cos UIR UIctg U Cp tg f ( ) f (tg )
4. 夹层介质界面极化
极化机理：带电质点移动 介质类型：不均匀夹层介质中 建立极化时间：很长 极化程度影响因素： 电场强度（有关） 电源频率（低频下存在） 温度（有关） 消耗能量：非弹性极化、有损
5. 空间电荷极化
极化机理：正、负自由离子或电子移动 介质类型：含离子和杂质离子的介质
建立极化时间：很长
第二章 液体和固体电介质 的绝缘特性
电气设备中，除了某些场合采用气体作为绝缘外，广 泛采用的是液体和固体电介质作绝缘。 固体介质除用作绝缘外，还常作为支撑、极间屏障， 以提高气体或液体间隙的绝缘强度。 液体介质除用作绝缘外，还常作为载流导体和磁导体 的冷却剂，在一些开关电器中，还可用它做灭弧材料。 因此，对于固体介质和液体介质，不仅要求其绝缘强 度高，而且随其用途的不同，还要求其具有电、热、机械、 化学和物理等方面的性能。为此必须要研究液体介质、固 体介质的电气性能和击穿机理，以及影响其绝缘强度的各 种因素，从而了解判断其绝缘老化和损伤的程度，合理地 选择和使用绝缘材料。
Ub
故工频耐压试验t通常取为1min
三、 提高液体介质击穿电压的方法
1.制造时采用：烘干、真空浸胶、真空灌油、设油枕、设带干燥 Ub 剂的呼吸器、充氮保护等。 杂质 覆盖 绝缘层 极间障
2.在绝缘结构上采用
杂质的影响 电缆纸 黄蜡布 涂漆膜 Ub∽ 分散性
覆盖（屏蔽）： 在曲率半径小的电极上覆盖薄的(<1mm)的
作用：限制泄漏电流、阻止小桥的形成和发展 在较均匀的电场中Ub可 70－100％ 在不均匀的电场中Ub可 10－15％ 因此，在充油设备中很少采用裸导体
绝缘层： 在不均匀电场中曲率半径小的电极上包裹较厚的(几mm) 的电缆纸等固体绝缘层。 阻止杂质小桥的形成和发展 作用： 承担一定的电压 使电极附近油中的最大E
tgδ
U达到起始游离电压U0以上时若有气泡、杂质、缺陷（如龟裂） tgδ 就开始发生游离 局部放电 产生附加损耗 因此在较高电压下测量 tgδ可以查气泡、杂质、 缺陷等情况 讨论tgδ的意义: （1）合理选择绝缘材料 tgδ 发热 可能导致热击穿
（2）可通过预防性试验判断绝缘状况tgδ （3）可利用tgδ大的材料来进行均匀加热
气体εr≈1 液体εr ：非极性 1.8－2.5 固体εr ：2.0－10.0
极性
2.0－6.0
极化现象：电场中有电介质时，由于电场的
作用在沿电场方向表面出现束缚电荷，形成
电偶极矩的现象。
+
+
+
+
+
+
+
E0
-
-
-
-
-
-
-
极化前
极化后
二、电介质极化基本类型
电介质的极化有五种基本形式： 电子位移极化 离子位移极化
第一节 电介质的极化
在电场力作用下，使介质原子正负电荷中心沿电场 方向产生有限位移的现象，称为电介质的极化。
一、极化的特征：
真空时：直流电压U对电容器充电 极板上电荷：Q0 电容器的电容量：C0=Q0/U=ε0A /d A ：极板面积 d ：极间距离 ε0：真空的介电常数 （8.86×10-14F/cm）