2、绝缘结构设计时，必须注意到绝缘材料的 tg ，如 tg 过大而 引起严重发热，将使材料容易劣化，甚至可能导致热不稳定—
— 热击穿 3、用于冲击测量的连接电缆，其绝缘的 tg 必须很小，否则冲击
波在电缆中传播时波形将发生严重畸变，影响测量精确度 4、但介质损耗引起的介质发热有时也可以利用
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一、气体电介质的电导：
气体中无吸收电流； 气体离子的浓度约为500~1000对/cm2；
气体电介质中的电流密度—场强特性
分成三个区域
j
区域1：E≈5×10-3 V/cm，电
流密度j随着E增加而增加；
区域2：当E进一步增大，j趋 向饱和；
以上两者的电阻率约1022 Ω•cm量级。
区域3：当场强超过E2≈103
ln E
电子性电导例三：Tunnel Effect 在电子获得的能量远大于位垒高度，而且薄膜厚度 小于数百Å时，电子象跨过隧道似的贯穿两金属电极 间的介质而引起两金属电极间的电流，产生隧道效 应，此时之间的关系是斜率为负的直线关系。和其 他电导过程不同，隧道效应电流与温度无关
ln j E2 : 1E
3、设计绝缘结构时要考虑到环境条件，特别是湿度的影响。注意环境湿 度对固体介质表面电阻的影响，注意亲水性材料的表面防水处理。
4、某些能量较小的高压电源，应注意减小绝缘材料的表面泄漏电流。
5、并不是所有情况下都希望绝缘电阻高，有些情况下要设法减小绝缘 电阻值。如在高压套管法兰附近涂上半导体釉，高压电机定子绕组 出稽口部分涂半导体漆等，都是为 了改善电压分布，以消除电晕。
见图
电介质损耗
损耗角正切：
tg 因j为r ：
jc
C A
d
EU d
Cd A
V Ad
Jc E
jg
—
所以： E 2单t位g体V 积 介Ud 2质2 中CA的d 损tg耗A功d 率：
真空和无损极化引起的电流密度 P EJr EJctg
E 2tg
比例
电介质损耗的特点及影响因素
1、反映单位体积中的损耗，与绝缘体的体积大小无关 例1：当试品绝缘有两种不同绝缘并联组成
U 2Cxtg U 2C1tg1 U 2C2tg 2
则：
tg

C1 Cx
tg 1

C2 Cx
tg 2
当C2/Cx越小，C2中缺陷（ tg 2 增大）在测整体的 tg 时越难发现 解决办法是分解测量 （如分别对变压器线圈和套管的 tg 进行测量）
t1＜t＜t2: 由于分子热运动加快，妨碍极性分 子的转向极化，极化损耗的减小比 电导损耗的增加更快
t＞t2时： 电导损耗占主要部分
损耗主要由电导决定
P

f rtg 1.8 1012
E2
tg ∝ p/f r
1、损耗功率P：当频率升高到一定值时，转向极化跟不上频率的 变化，损耗功率趋于恒定
偶极性电介质，因本身能解离，此外还有杂质离子共同决定电导，故电阻率较小，较佳者可达 1015Ω•cm~1016Ω•cm
区域c：场强继续增大超过 某一极限，因Shottky效应 电极发射电子引起电流激增， 最终击穿
分三个区域
区域a：符合欧姆定律，也称低 场强领域
区ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱb：电流随场强非线性增加 区域c：出现破坏先导电流 区域b、c也称高场强领域
和液体、气体不同，固体中 的电压－电流特性没有饱和状态
结构紧密，洁净的离子性电介质，电阻率为1017Ω•cm~1019Ω•cm 结构不紧密且含单价小离子的离子性电介质的电阻率仅达1013Ω•cm~1014Ω•cm 非极性或弱极性介质主要由杂质离子造成电导。纯净介质的电阻率可达1017Ω•cm~1019Ω•cm
漏导电流密度: 可由迁移中的载流子密度n及其迁移速 度Vd获得
j envd enE
vd E
式中E为施加电场强度，e为载流子的电荷量，μ为载流 子的迁移率
j envd enE
vd E
漏导电导率和电阻率分别为
电导率σ： 电阻率ρ：
j en
E
1
电介质中电导特性划分
2、与介质分子的离解度有关: 介电常数越大，电导越大 见表
3、与温度有关
温度升高液体电介质粘度降低，离子迁移率 增加，电导增大
温度升高液体电介质或离子的热离解度增加， 电导增大
AeB/T A、B — 常数；T — 绝对温度 — 电导率
见图
4、与电场强度有关: 当场强到达一定程度后，电导将迅速增大
因此，测定 tg 所用的电压，最好接近于被试品 的正常工电压，所加电压过低不易发现绝缘中的缺陷； 而过高则容易对绝缘造成不必要的损伤．
讨论电介质损耗的意义
1、在绝缘预防性试验中， tg 是一基本测试项目，当绝缘受潮 或劣化时 tg 急创上升。绝缘内部是否普遍发生局部放电，也 可以通过测 tg ~ U的关系曲线加以判断
非极性液体电介质的电阻率1018Ω•cm 弱极性1015Ω•cm 偶极性1010Ω•cm~1012Ω•cm，由于损耗太大，实际上不使用。 强极性如水、乙醇等实际上已是离子性导电液，不能用作绝缘材料
分成三个区域
区域a：液体电介质的电导 在电场比较小的情况下，遵 循欧姆定律
区域b：随着场强的增大， 与气体相似，有一平坦区域
以载流子的性质划分，电导（这里指漏导，以下无特 别说明均指漏导）可以分为电子性电导和离子性电导。
无论是何种电导类型，在低场强下电压-电流的关系 遵循欧姆定律。在高场强下
离子性电导:
ln j E
电子性电导：根据电子在导带、价带、电极和 不纯物的状态之间的跳跃方式的不同可分为各 种不同的电导过程。
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。
ig
0
i'a t
i'c
固体介质中的电流与时间的关系
ic — 充电电流 ia — 吸收电流（数分钟以上）
ig — 泄漏电流
例2：当集中性缺陷所占的体积相对于被试绝缘的体积越小，则集中 性缺陷处的介质损耗占被试绝缘全部介质损耗中的比重越小
如： 电机、电缆设备，被试绝缘体积较大，虽然集中性缺陷的发展
是运行中故障的主要原因，但测 tg 很难发现，一般不测 tg
2、与温度和频率有复杂的关系
3、与试验电压的关系
当所加试验电压足以使绝缘中的气泡游离或足以 使绝缘产生电晕或局部放电等情况时，tg 的值将随试 验电压的升高而迅速增大。
· 多孔性纤维材料不仅表面电阻小，体积电阻也小
见表
讨论介质电导的意义
1、在绝缘预防性试验中，要测绝缘电阻和泄漏电流以判断绝缘是否受 潮或有其它劣化现象。在试验中需注意将表面电导与体积电导区别 开来。
2、串联的多层介质在直流电压下的稳态电压分布与各层的电导成反比， 要合理选材 直流电缆在运行时，由于芯线附近的温度较铅层附近处高，所以芯 线附近绝缘电阻下降会使该处场强下降，而其它部分的场强将相应 增加，这种情况在设计时要充分予以注意。
其主要形式为能带模型、跳跃模型、空间电荷 制约电流模型、电子雪崩电流、光传导电流、 场致发射电流等
电子性电导例一： Shottky Effect 当施加电场时，阻碍电子飞出金属的位垒高度因电场的作 用而使实际的位垒高度下降，导致由电极发射到介质导带 的电子的增加，其结果是
ln j E
电子性电导例二：Poole-Frenkel Effect 肖特基效应是电场的作用下实际位垒高度下降引起的电 流的增加，而Poole-Frenkel效应是电介质内部因电场 的作用引起实际位垒高度下降，进而使得介质内部发射 到导带上的电子增加，也即电流的增加，结果表现为
1、当场强不足以产生碰撞电离时气体中的损耗是由电导引起的， 损耗极小（ tg＜10-8） 2、当外施电压U超过局放起始电压U0时，将发生局部放电，损耗急剧增加， 这在高压输
电线上是常见的，称为电晕损耗。
2、液体电介质中的损耗
非极性或弱极性电介质损耗 很小，损耗主要由电导决定
t＜t1时： 电导和极化损耗都很小，随着温度 的升高，极化损耗显著增加
电介质的电导和损耗
电介质中的传导电流
电气传导电流概念：是表征单位时间内通过某一 截面的电量
传导电流的组成： 电介质中的传导电流含漏导电 流和位移电流两个分量
漏导电流：由介质中自由的或联系弱的带电质点 在电场作用下运动造成的
位移电流：由电介质极化造成的吸收电流
电介质电导
I
ic
测量介质中电流的电路图
V/cm时，气体电介质将发生碰
js
撞电离，从而使气体电介质电
导急剧增大
0
C
A
B
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
E1
E2
Ecr E
二、液体电介质 电导
特点：
一是由液体本身的分子和杂质的分子解 离成离子，构成离子电导；
二是由液体中的胶体质点(如变压器油中 悬浮的小水滴)吸附电荷后，变成带电质 点，构成电泳电导。
1、与纯净度有关: 杂质越多，电导越大
2、介电常数 ：当频率升高到一定值时，转向极化跟不上频率
的变化，介电常数也达到较低的稳定值
3、损耗 tg ：当频率升高到一定值时，转向极化跟不上频率的 变化，tg 与频率成反比地减小
3、固体电介质中的损耗
1、极性固体电介质包括： 纤维材料——纸、纤维板等结构不紧的材料 含有极性基的有机材料——聚氯乙烯、有机玻璃、酚醛树脂、硬橡胶等
2、极性固体电介质的 tg 与温度、频率的关系和极性液体相似，其 tg 值较
大，高频下更为严重，