固体介质电导电流密度与外加场强的关系
3.1.3 电介质的能量损耗
• 介质损耗
• • 电导损耗 有损极化
I I I r c
W=P+jQ=U(Ir+jIC)=U Ir+j UIC
介质损失角的正切tgδ ：衡量介质的损耗特性
• 气体介质的损耗
• 无碰撞电离时，损耗由电导引起，损耗极小 • 发生放电时，损耗剧增（如电线上的电晕损耗 ）
• 过程特别缓慢，一般在10-1s以上，甚至数小时 • 伴有介质损耗
5）空间电荷极化
• 介质内的正、负自由离子改变分布状况， 在电极附近形成空间电荷 • 特点
• 缓慢进行 • 消耗能量
名 称
产生极化的地方、特 征
到达平衡的时间
发生极化的原因
电子式极化 离子式极化 偶极子极化 夹层介质界面极化 空间电荷极化
• 体积电阻率：单位长度的正方体的电介质中，所 测得的其两相对面上的电阻
S v Rv d • 表面电阻率：单位长度的正方形表面积上，相对 两边之间测得的电阻
s Rs
l d
Is
? l
IV
d
d
µ A
IS
体积电阻测量图
µ A
表面电阻测量图
3.1.2.2 液体电介质的电导
• 离子电导
• 电介质分子或杂质分子离解而成的离子
材料类别 气 体 介 质 （ 1.0132×105 Pa） 弱极性 液 体 极性 介 质 强极性
名 称 空气
相对介电常数， ε r(工频，20℃) 1.00058
变压器油 硅有机液体
蓖麻油 氯化联苯 丙酮 酒精 水 石蜡 聚苯乙烯 聚四氟乙烯 松香 纤维素 胶木 聚氯乙烯 云母 电瓷
2.2～2.5 2.2～2.8
• 极化所需的时间极短，约10-15s • 具有弹性，当外电场去掉后，依靠正、负电荷间的吸引力， 作用中心又马上重合，整体呈现非极性，没有损耗
• 温度的影响不大，温度升高时，ε r略为下降
E E
绝缘
-
绝缘
+
Q U E.dx 常数，同时还要满足 U C
2）离子式极化
• 发生在离子式结构，如云母、陶瓷材料 等，正、负离子的作用中心发生偏移 • 特点
• 离子电导
• 工程上电介质总含有一些杂质离子 • 在电场或外界因素影响下，离解成正负离子
• 电子电导
• 电介质中的自由电子是电离产生的 • 出现电子电导电流时，表明电介质已被击穿
• 电介质的电导一般是指离子性电导
3.1.2.1 电介质的电导率、电阻率
• 电导性能常用电导率γ 或电阻率ρ 表示 • 固体电介质的电阻率
电介质等值电路的说明
等值电路是一般性的，重在描述电介质 的极化、电导、损耗三种电气特性 不同的绝缘结构，参数之间的关系变化 很大
瓷绝缘子主要表现为电阻特性 油纸绝缘往往表现出电容特性
绝缘预防性试验的诸多项目就是测量等 值电路所对应的参数
瓷绝缘子的绝缘电阻 电容式套管的电容量
液体介质的击穿
其中： 1－1kHz 2－10kHz 3－100kHz
3.1.4 电介质的一般等值电路
C/ 绝缘 C0 r R ICx Cx IRx Rx
（a）
（b）
（ c）
C0反映电子式和离子式无损极化（含真空中对应的电容） C，、r支路反映有损极化 R反映电导损耗 等值电路是一般性的，重在描述电介质的极化、电导、损 耗三种电气特性 不同的绝缘结构，参数之间的关系变化很大（瓷、油纸）
• 电泳电导
• 较大的胶体吸附电荷后，变成带电质点
• 中性和弱极性的液体电介质电导率小 • 极性和强极性液体电介质电导率大，故不宜作 为绝缘材料（水） • 电导率γ 与温度间具有指数关系
Ae
/ kT
• 测绝缘电阻时，必须注意温度
3.1.2.3 固体介质的电导
• 离子电导
• 杂质离子起主要作用
• 所需的时间也很短，约10-13s • 弹性极化，几乎没有损耗
• 温度对极化存在一定影响，εr一般具有正 的温度系数
离子式极化示意图
| E | 0
E
3）偶极子转向极化
• 存在于极性电介质中（具有永久性偶极矩 ） • 无外电场时，分子无序排列，不呈现极性；在 电场作用下，顺电场方向定向排列，示出极性 • 特点
• 电子电导 • 电导与外施场强E关系密切
J io E B1 E J e io J e B2 E e e E较低时 E较高时 E更高时
• 表面电导
• • • • 主要决定于表面吸附导电杂质的能力及其分布状态 亲水性电介质 ：云母，玻璃，纤维材料 憎水性电介质：石蜡，聚苯乙烯 预防性试验时要注意绝缘表面的影响！
任何物质的原子中 离子组成的物质 极性分子组成的物质 多层介质的交界面 电极附近
10-15（s） 10-13（s） 10-10~10-1（s） 10-1s~数小时
束缚电荷的位移
自由电子的移动
电介质极化的本质： 在外加电场作用下，极化介质内部形成反电场，通过向 电极补充电荷以抵消反电场的作用，从而增加了电容量， 并可能消耗能量！
4.5 4.6～5.2 22 33 81 2.0～2.5 2.5～2.6 2.0～2.2 2.5～2.6 6.5 4.5 3.0～3.5 5～7 5.5～6.5
工程意义： 1)选择电容器绝缘材料 2）减小电缆充电电流 3）改善电场分布 4）判断绝缘状态
中性或弱 极性
固 体 介 质
极性
离子性
3.1.2 电介质的电导
3.1 电介质的极化、电导与损耗
• 电气特性
• 极化 • 电导 • 损耗
• 电介质等效电路
3.1.1 电介质的极化 • 极化现象 ：造成电容量增加 ！
C0
0 A
d
C
A
d
• 极化的原因
C r 1 0 C0
–在外加电场的作用下，介质中原来彼此中 和的正、负电荷产生了位移，形成电矩，使 介质表面出现了束缚电荷，极板上电荷增多， 并造成电容量增大
• 极化的影响因素
–形态（气液固）、温度、电场频率等
• 极化的基本形式
–电子式、离子式、偶极子转向、夹层介质 界面、空间电荷极化等
1）电子式极化
• 电子轨道受到外电场的作用时，相对于原子核 产生位移，原子中正、负电荷的作用中心不再 重合 • 极化强度与正、负电荷作用中心间的距离成正 比，且随外电场的增强而增大 • 特点
• 极化所需的时间也较长，约10-10～10-2s（频率有影响-） • 非弹性，消耗能量
• 温度对极性介质的εr有很大的影响
• 低• 适当范围+ • 高-
偶极子转向极化示意图
| E | 0
E
4）夹层介质界面极化
• 夹层电介质（不均匀电介质）中 • 各层中的电位分布最初和最终不同，造 成交界面上的电荷的移动和积累 • 特点
• 液体介质的损耗
• 中性或弱极性介质：损耗主要起因于电导，较小 • 极性 ：电导和极化损耗 • 损耗与不均匀结构和强极性 • 损耗情况比较复杂
• 损耗与温度密切相关（与电导相似）
1：f1 2: f2
液体介质损耗与温度的关系
干纸的损耗与温度的关系