E
外电场愈强，转向定向愈充分，外电场消失，宏观的转向 极化也随之消失。

夹层极化
高电压设备的绝 缘由几种不同的材料组成，或介质不均 匀，这种情况 会出现“夹层介质界面 极化”现象。
存在电压从新分配，电 荷在介质空间从新分布， 夹层界面有电荷堆积的 过程，从而产生电矩。

ｉg －－离子位移极化的泄漏电流 （不随时间变化） ｉc －－电子极化、离子极化的几何电流 （存在的时间很
短，很快衰减到零）

吸收比
吸收现象的意义：对判断绝缘是否受潮很有用。 在实际应用中，通常是用兆欧表测量 60s 和 15s 时电介质的绝缘电阻值 R60 和 R15 ，R60/R15 的 比值越大，则绝缘越干燥。这个比值称为：吸收 比。
电介质极化现象在工程中的实际意义
不同应用场合，对εr 大小的要求不同。 中性电介质：εr小，热损耗小——用作高压电气设备的
绝缘结构、电缆绝缘等； 极性电介质：εr大，在相同的耐电强度下，可使单位电
容器的体积和重量减小——用作极板间的的绝缘物质等。

电介质极化现象在工程中的实际意义
影响气体间隙击穿的主要因素
• 电极的几何形状（均匀、极不均匀电场） • 电压的类型（直流、工频交流、冲击电压） • 极间距离 • 持续时间

液体的绝缘性能
液体绝缘，主要是从石油中提炼出来的矿物油。 其击穿理论与气体和固体不同，是至今仍在进行研
究的领域。 主要有电击穿、气泡击穿和悬浮粒 子产生的击穿。
Q0 U

0A
d
插入固体电解质后电容量：
C Q0 Q' A
U
d
相对介电常数：

r

0

C C0

Q0 Q' Q0
Q ' — 由电介质极化引起的 束缚电荷

电介质极化的基本类型
✓ 电子位移极化 ✓ 离子位移极化 ✓ 偶极子极化 ✓ 夹层极化
中性电介质 极性电介质
在绝缘试验中，tgδ 的测量是一项基本测试项目。

气体中带电粒子的产生
1）碰撞电离
气体介质中粒子相撞，撞击粒子传给被撞粒子能量， 使其电离。
条件： 撞击粒子的总能量＞被撞粒子的电离能 ｜
动能、位能

气体中带电粒子的产生
2） 光电离
短波射线的光子具有很大的能量，它以光的速度运动，当它 射到中性介质的分子或原子上时，所产生的游离称为光游离。 必要条件：光子的能量大于气体粒子的电离能。 紫外线，X射线，是引起光游离的主要因素。

电介质的概念
电介质是指通常条件下导电性能极差的物质，又称绝缘材料。
绝缘材料按形态的分类
气体 液体 固体
空气 SF6 变压器油 橡胶 瓷瓶 玻璃

电介质的分类---按化学结构
非极性电介质：分子由共价键结合，由非极性分子组成的电介质 称非极性电介质。如N2、PTFE（聚四氟乙烯）。
在交流及冲击电压作用下，多层介质的合理配合：
1E1 2 E2
电场分布与 成反比 ，组合绝缘采用适当的材料可使
电场分布合理。

电介质的电导
绝缘电阻 R ：电介质（绝缘材料）的电阻。这个很大， 达到几百~几千MΩ。 对于固体介质，R 包括绝缘的体积电阻和表面电阻。表 面电阻受外界环境的影响大
前三种极化都是由于带电质点的弹性位移或转向而形 成的 ，夹层极化是由自由电荷（通常为离子）在电场中的 运动所形成的。

电子位移极化 电介质： 一般由分子构成，分子由原子构成，原子由带正电的
原子核和围绕核的带负电电子构成。 感应电矩：没有外电场时，电子云中心与原子核重合，感应电矩
电容支路：由真空和无损极化所引起的电流为纯容性。 阻容支路：由有损极化所引起的电流分为有功和容性无功两部分。 纯阻支路：由漏导引起的电流，为纯阻性的。

电介质的损耗
I&
I&r
:电介质的损耗角
I&c Ceq Geq I&r
I&c

I& U&
tg :介质损耗因数
工程上常用 tg 表征
间各处的浓度趋于均匀的过程。由热运动造成 。 复合 ——带有异号电荷的粒子相遇，发生电荷的传递，
中和而还原为中性粒子的过程。 复合时异号粒子的静 电力起重要作用 。

气体的带点粒子游离和复合的关系
游离过程吸收能量产生电子等带电质点，不利于 绝缘；复合过程放出能量，使带电质点减少消失，有 利于绝缘。
弱极性电介质：有些非极性电介质由于存在分子异构或支链，多 少有些极性，称弱极性电介质。如PS（聚苯乙烯）、石蜡、变压 器油。
偶极性电介质：由极性分子组成的电介质。如PVC（聚氯乙烯）、 有机玻璃、胶水等。
离子性电介质：离子性电介质没有个别的分子，只以固体的形式 存在。分为晶体和无定形体两类。如石英、云母、NaCl2、陶瓷。

气体放电过程的一般描述
Ｅ＜Ｅcr （临界场强：由非自持放电转入自持放电的场 强）时，电子崩有赖外界游离因素，为非自持放电。 Ｅ＞Ｅcr 时，电子崩仅由电场的作用而自行维持和发展， 为自持放电。

气体放电过程的一般描述
• 均匀电场→气隙击穿 • 不均匀电场：自持放电形成电晕
为零，对外不显现极性。

电子位移极化 电子位移极化：外加一个电场，原子核向外电场方向移动，而电
子向反方向移动，达到平衡后，感应力矩也稳定， 这个过程叫电子位移极化。
E
感应电矩消失：外电场消失后，原子核与电子云的引力又使二者 重合，感应电矩也随之消失。

电气试验
电介质的基本理论

电介质的概念
自然界的物质根据其物理导电性能可分为三类：
导体：常温下电阻率10-6~10-2 Ω.cm 绝缘体：常温下电阻率109~1022 Ω.cm 半导体：常温下电阻率10-3~109 Ω.cm
在电力系统中，普遍使用气体、液体、固体绝缘材料。 这些绝缘材料在外电场的作用下，会产生极化、电导、电 离、损耗和击穿放电等现象。
离子位移极化
由离子结合成的介质内，外电场的作用除了促使内
部产生电子位移极化外，还产生正、负离子相对位移而
形成的极化。
Na Cl
Cl
Na
Cl
Na
Na Cl
Na E
Cl
Cl
Na
Cl Na
Na
Cl

偶极子极化 极性电介质： 即使没有外加电场，由于分子中正负电荷的作
3）热电离
在高温下，气体的质点热运动加剧，相互碰撞而产生的游离 称为热游离。
热电离是热状态下碰撞电离和光电离的综合 。 只有在5000～10000K的高温下才能产生热游离。

气体中带电粒子的产生
4）表面电离
金属表面的电子受外界能量的作用后逸出金属 表面而成为自由电子的现象称为表面电离。
介质的品质
单位体积介质的损耗功率
P U& I& UIr UIctg U
U 1
tg U 2Ceqtg
Ceq

电介质损耗在工程中的实际意义
在设计绝缘结构时，要注意材料的tgδ。 tgδ的大小可以判断绝缘受潮或劣化的程度。 tgδ↑→能量损 耗大→绝缘电阻Ｒ↓→判断绝缘材料有受潮、劣化、气泡现 象 用做绝缘材料的介质，希望 tgδ 小。在其他场合，可利用 tgδ 引起的介质发热，如电瓷泥坯的阴干。
两种过程在气体中同时存在，条件不同，强弱程 度不同。游离主要发生在强电场区、高能量区；复合 发生在低电场、低能量区。

气体放电过程的一般描述
十九世纪九十年代，英国物理学家汤逊 （Townsend）采用图1 的实验装置测出了气体小 间隙的伏安特性曲线如图2所示。

气体放电过程的一般描述 外加电压很小时，气隙中的电流是由 外界因素所造成的电子和离子所形成 的。（A段）
随电压↑，这些质点中和后，电流饱 和，仍有极微小的泄漏电流。(B 段）
场强高达某一定值后，气体发生连续 的碰撞电离，向雪崩似的增长，称电 子崩。电流大增 。(C段）

气体放电过程的一般描述
电导：绝缘电阻的倒数。

电介质的电导
任何电介质都不是理想的绝缘体，它们总是
少量的带电质点存在，在电场作用下，带电质点
作有方向的运动构成电流。因而任何电介质都具
有一定的电导，表征电导大小的物理量是电导率
（或电阻率 ）。
1

电介质的电导
电介质中的电导是由于电介质的基本物质及其中所 含杂质分子的化学分解或热离解形成带电质点(电子、正 离子、负离子)，沿电场方向移动而造成的。它是离子式 的电导，也就是电解式的电导。

电介质的极化
极化——电介质在电场作用下，正、负电荷作微小位移而 产生偶极矩，或在电介质表面出现感应束缚电荷的现象。
+ + + + + + + E0
极化前
--- - - --
极化后

电介质极化的程度---相对介电常数εr
平板真空电容器电容量：
C0

用中心的不重合，就单个分子而言，就已具有 偶极矩，称为固有偶极矩。 由于分子的不规则热运动，使各分子偶极矩排列无序，对外 不呈现合成电矩。

偶极子极化 有外电场时，每个分子的固有偶极矩有转向电场方向的趋
势，顺电场方向作定向排列，它在不同程度上达到平衡，对外 呈现宏观电矩，这就是极性分子的转向极化。

电介质的损耗
直流电压下的损耗
•损失类型：在直流电压作用下介质的损失仅有漏导损失（纯 电阻性的）。 •表征方式：可用体积电阻率 ρV 或表面电导率 ρS 表征。