(a)
图1-5 双层介质中电荷和电位分布 （a）合闸初瞬时；（b）稳态时
(b)
高电压技术精品资源共享课程
1.1.1
极化种类
电子式极化
离子式极化 偶极子极化 夹层极化
电介质的极化
产生场合
任何电介质
离子式结构电 介质 极性电介质 多层介质的交 界面
为便于比较，将上述各种极化列为下表
所需时间
10-15 s
高电压技术精品资源共享课程
1.1.1
电介质的极化
一、极化的概念和极化的形式
极化的概念： 在外电场作用下，电介质的表面上出现 束缚电荷的现象叫做电介质极化。
极化的形式： 电子式极化、离子式极化
偶极子式极化、夹层式极化
高电压技术精品资源共享课程
1.1.1
电介质的极化
电子式极化：由于电子发生相对位移 而发生的极化。
U=3
G2
+ +1 U1=1 C1 _ -1 + +4 U2=2 C2 _ -4
G1 U=3
G2
合闸初瞬，根据式（1-1）可得， 则U1=2V，U2=1V，Q1=U1C1=2C， Q2=U2C2=2C，如图1-5（a）所示； 稳态时，根据式（1-2）可得， U1=1V，U2=2V，则Q1=U1C1=1C， Q2=U2C2=4C，如图1-5（b）所示； 分界面上堆积的电荷为＋4－1＝ ＋3C。
r 大些好。
用作其它设备的 绝缘介质时，希 望 r 小些好。
r 的配合。 r
小的电介质其
电气强度应高 些。
在绝缘试验中，夹层极化现 象可用来判断绝缘受潮情况。 例如，水分侵入电介质后， 使材料的介电常数增大，同 时水分能增强夹层式极化作 用，因此，通过测量材料的 相对介电常数，就能判断电 介质受潮程度。在使用电容 器等大容量设备时，须特别 注意吸收电荷对人身安全的 威胁。
1.1.1
电介质的极化
【学习任务】了解电介质在电场作用下的极化 现象，熟悉各类电介质极化的特点，了解介电 常数的物理意义及电介质极化在工程上的意义。
1.1 绝缘材料的电气性能
重庆电力高等专科学校
高电压技术精品资源共享课程
1.1.1
电介质的极化
无论何种结构的电介质，在没有外电场作用 时，内部的正、负电荷处于相对平衡状态， 整体上对外没有极性。 当有外电场作用时，均匀介质内部各处仍呈 电中性，但在介质表面要出现异号电荷（靠 近正极板的表面出现负电荷，靠近负极板的 表面出现正电荷），这种电荷不能离开电介 质到其它带电体，也不能在电介质内部自由 移动，我们称它为束缚电荷。它不象导体中 的自由电荷能用传导方法将其引走。因此， 在外电场作用下，电介质表面出现束缚电荷 的现象，我们称为极化。
特点：时间较长，非弹性极化,有能 每个极性分子都是偶极子，具有一定的电矩， 量损耗. 但当不存在外电场时，这些偶极子因热运动而 杂乱无序地排列着，宏观电矩等于零，整个介 存在于极性材料中 质对外并不表现出极性
高电压技术精品资源共享课程
1.1.1
电介质的极化
+ U1 _ + K U2 _ C2 G2 K C1 G1 U U
重庆电力高等专科学校
高电压技术精品资源共享课程
高电压技术精品资源共享课程
二、介电常数
相对介电常数：
相对介电常数εr的值由电介质的材 料决定，并且与温度、频率等因素 有关。 气体电介质因密度很小，极化程度 很弱，因而一切气体的εr应用时都 可看作1。 在工频电压下、温度为20℃时，常 用的液体、固体电介质的εr大多在 2～6之间，如表1-2、1-3所示。
在电场作用下电介质会产生许多物理现象，如极化、电导、游离、 损耗和击穿放电等现象，正确理解和认识这些现象，对我们进行绝 缘结构的合理设计、绝缘材料的合理利用以及对绝缘性能的准确评 估有着非常重要的意义。
高电压技术精品资源共享课程
学习情境一
绝缘介质电气性能及击穿过程
子情境1.1 绝缘材料的电气性能 子情境1.2 气体绝缘材料及其击穿特性 子情境1.3 液体绝缘材料及其击穿特性 子情境1.4 固体绝缘材料及其击穿特性
任何电介质都是由原子组成，原子为带正 电荷的原子核和带负电荷的外层电子组成， 特点：时间短，弹性极化, 其电荷量相等，正、负电荷作用中心重合， 对外不显电性。 无能量损耗 而在外电场作用下，原子外层电子轨道相 存在于一切材料中 对于原子核产生位移，其正、负电荷作用 中心不再重合，对外呈现出一个电偶极子 的状态。
表征电介质在电场作用下极 化程度的物理量
r 0
高电压技术精品资源共享课程
二、介电常数
电介质极化在工程上的意义：
选择电介质时， 应注意相对介电 常数 r 的大小。
用作电容器的绝 缘介质时，希望 几种绝缘介质 组合在一起使 用时，应注意 介质损耗 是影响绝 缘劣化和 热击穿的 一个重要 因素。如 极性介质 的 享课程
1.1.1
电介质的极化
离子式极化
离子式极化发生于离子结构的电介质中。固 体无机化合物（如云母、陶瓷、玻璃等）多 特点：时间短，弹性极化, 属于离子结构。
无能量损耗 在无外电场作用时，每个分子的正、负离子 的作用中心是重合的，故不呈现极性。 存在于离子结构物质中
在外电场作用下，正、负离子偏移其平衡位 置，作用中心不再重合，使整个分子呈现极 性。
高电压技术精品资源共享课程
1.1.1
思考题
电介质的极化
1、何为极化？极化型式有哪几种？分别有何特点？ 2、表征电介质在电场作用下极化程度的物理量是什么？作为电气设 备的绝缘介质以及作为电容器的绝缘介质，希望该量大些好，还是小 些好？为什么？
(a)
(b)
图1-4 夹层极化物理过程示意图 （a）示意图；（b）等值电路
实例分析 高电压技术精品资源共享课程
1.1.1
夹层式极化
电介质的极化
+ +2 U1=2 C _ -2 1 +2 C2 -2 G1
设图1-4（b）中C1=1F，C2=2F， G1=2S，G2=1S，U=3V，为了说明的 + =1 简便，全部参数均采用基本单位。 U2_
10-13 s 10-10～10-2 s 10-1 s～数小 时
能量损耗
无
几乎没有 有 有
产生原因
束缚电子运行 轨道偏移
离子的相对偏 移
偶极子的定向 排列
自由电荷的移 动
高电压技术精品资源共享课程
1.1.1
电介质的极化
二、介电常数
介电常数：表征电介质在电场作用下极化程度的物理量.
1.1 绝缘材料的电气性能
夹层式极化
前面所讲的三种极化均是在单一电介质中 以平行板电极间的双层电介质为例说明夹层极 发生的。但在高压设备中，常应用多种介 C2 G2 特点： 时间很长，非弹性极化，有能量损耗 合闸后，两层介质上的电压有一个重新分配 到达稳态时，等值电路中电容支路相当于开路， ，即 一般来说，对两层不同的介质， 化过程。 质绝缘，如电缆、电容器、电机和变压器 两层介质上的电压分配与各层电导成反比，即 的过程. C G1 1 存在于多种材料的交界面 等，两层介质中常夹有油层、胶层等，这 在开关 K刚合闸瞬间（相当于施加很高频率的电 结果使两层介质的分界面上出现了不等量的 时在介质的分界面上会产生“夹层极化” 当绝缘受潮时，由于电导增大，极化完成 压），等值电路中电容支路的容抗远小于电导 异号电荷，从而显示出电的极性来（分界面 U1U1 U G 现象。 时间将大大下降。 支路的电阻，两层介质上的电压分配与各层电 12 上正电荷比负电荷多，呈现正极性，否则， G 容成反比，即 对使用过的大电容设备，应将两电极短接 U 2U 2 U U 1 呈现负极性）。 C t 2 1 2 t 0 t 并彻底放电，以免有吸收电荷释放出来， 这种使夹层电介质分界面上出现电荷积聚的 U2 C1 t 0 过程称为夹层式极化。 危及人身安全。
1.1 绝缘材料的电气性能 重庆电力高等专科学校
高电压技术精品资源共享课程
子情境 1.1
绝缘材料的电气性能
认识绝缘 材料（电 介质）在 较低电压 下的电气 性能
重庆电力高等专科学校
1.1 .1 电介质的极化
1.1.2 电介质的电导
1.1.3 电介质的损耗
1.1 绝缘材料的电气性能
高电压技术精品资源共享课程
高电压技术
重庆电力高等专科学校 刘赟 讲师
高电压技术精品资源共享课程
高电压技术课程内容
绝缘 材料
绝缘 试验
过电压 保护
高电压技术精品资源共享课程
学习情境1：绝缘介质电气性能及击穿过程
绝缘的概念：将不同电位的导体分开，使之在电气上不 相连接。具有绝缘作用的材料称为电介质或绝缘材料。 电介质的分类：按状态分为气体、液体和固体三类。
高电压技术精品资源共享课程
1.1.1 电介质的极化 偶极子式极化
有些电介质具有固有的电矩，即正、负电荷作 出现外电场后偶极子沿电场方向转动，作较 用中心永不重合，这种分子称为极性分子，这 有规则的排列， 因而显出极性，这种极化称 为偶极子极化或转向极化。 种电介质称为极性电介质，例如胶木、橡胶、 纤维素、蓖麻油、氯化联苯等。