第6讲 电介质的电气性能 ■研究电介质电气性能的意义 >设备绝缘的基础 >超高压大容量的发展 >新材料促进了电力工业的进步 >我国绝缘材料发展的现状 >加强绝缘材料的研究,促进科技发展 3
3 第 6 讲 电介质的电气性能 电介质的电气性能 研究电介质电气性能的意义 研究电介质电气性能的意义 ¾ 设备绝缘的基础 设备绝缘的基础 ¾ 超高压大容量的发展 超高压大容量的发展 ¾ 新材料促进了电力工业的进步 新材料促进了电力工业的进步 ¾ 我国绝缘材料发展的现状 我国绝缘材料发展的现状 ¾ 加强绝缘材料的研究,促进科技发展 加强绝缘材料的研究,促进科技发展
第6讲 电介质的电气性能 电介质电气性能的划分 >极化特性:介电常数ε > 损耗特性:介损g6 >电气传导特性:载流子移动、高场强下的电气传 导机理等,电导G或电阻R 电气击穿特性:包括击穿机理、劣化、电压-时 间特性曲线(V-t)等,击穿电压U。或击穿场强E
4 第 6 讲 电介质的电气性能 电介质的电气性能 电介质电气性能的划分 电介质电气性能的划分 ¾ 极化特性:介电常数ε ¾ 损耗特性:介损tgδ ¾ 电气传导特性: 电气传导特性:载流子移动、高场强下的电气传 载流子移动、高场强下的电气传 导机理等,电导 导机理等,电导G 或电阻 R ¾ 电气击穿特性: 电气击穿特性:包括击穿机理、劣化、电压 包括击穿机理、劣化、电压--时 间特性曲线(V–t )等,击穿电压 )等,击穿电压UC 或击穿场强EC
第1节电介质的极化及介电常数 电介质物质结构的基本形式 极化(polarization)与电介质(dielectrics) 电介质极化的基本类型 电介质的介电常数 讨论极化的意义 5
5 第 1 节 电介质的极化及介电常数 电介质的极化及介电常数 电介质物质结构的基本形式 电介质物质结构的基本形式 极化 (polarization) (polarization)与电介质 (dielectrics) (dielectrics) 电介质极化的基本类型 电介质极化的基本类型 电介质的介电常数 电介质的介电常数 讨论极化的意义 讨论极化的意义
1、电介质物质结构的基本形式 电介质的分类(根据化学结构):分子及各聚集态(气、 液、固态)的性质和它的键的形式密切有关 离子键:强极性键,离子结构电介质玻璃、陶瓷 共价键:非极性共价键(电负性相同),非极性分子 非极性电介质聚四氟乙烯、氮气 极性共价键(电负性不同),极性分子 极性电介质环氧树脂、三氯联苯 弱极性电介质聚苯乙烯 存在分子异构或支链 6
6 1、电介质物质结构的基本形式 、电介质物质结构的基本形式 电介质的分类(根据化学结构): 电介质的分类(根据化学结构):分子及各聚集态(气、 分子及各聚集态(气、 液、固态)的性质和它的键的形式密切有关 液、固态)的性质和它的键的形式密切有关 离子键:强极性键,离子结构电介质 离子结构电介质 玻璃、陶瓷 共价键:非极性共价键(电负性相同),非极性分子 非极性共价键(电负性相同),非极性分子 非极性电介质 聚四氟乙烯、氮气 聚四氟乙烯、氮气 极性共价键(电负性不同),极性分子 极性共价键(电负性不同),极性分子 极性电介质 环氧树脂、三氯联苯 环氧树脂、三氯联苯 弱极性电介质 聚苯乙烯 存在分子异构或支链 存在分子异构或支链
2、极化与电介质 2-20 Q-20+o + -0 +田 -+ 平板真空电容器电容: 插入固体电解质后电容: C=2+0 U 电容量增大的原因在于电介质的极化现象,Q'是由电介 质极化引起的束缚电荷
7 平板真空电容器电容: 插入固体电解质后电容: 电容量增大的原因在于电介质的极化现象, Q’ 是由电介 质极化引起的束缚电荷 2、极化与电介质 、极化与电介质 U Q C 0 0 = U Q Q C + ′ = 0
极化与电介质 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 极化前 极化后 8
8 极化与电介质 极化现象:电场中有电介质时,由于电场的 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 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 + + + + + + + - - - - - - -
■ 用极化强度P来表征极化的强度,定义为单位 体积的电极矩,与外加电场强度有关 ■极化强度P与介电常数ε的关系: P=8。(E,-1)E -g-y C=2+0_64 U d
9 用极化强度P来表征极化的强度,定义为单位 来表征极化的强度,定义为单位 体积的电极矩,与外加电场强度有关 体积的电极矩,与外加电场强度有关 极化强度P与介电常数 ε 的关系: P = ε 0 ⋅(ε r −1)⋅ E d A U Q C 0 0 0 ε = = d A U Q Q C 0 ε = + ′ =
3、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 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) 10
10 3、电介质极化基本类型 、电介质极化基本类型 电介质的极化有五种基本形式: 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 转向极化 空间电荷极化 夹层介质界面极化 夹层介质界面极化(归到空间电荷极化) (归到空间电荷极化)
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,10-14~1015s 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 11
11 极化机理:电子偏离轨道 介质类型:所有介质 建立极化时间: 建立极化时间:极短,10-14∼10-15s 极化程度影响因素: 极化程度影响因素: 电场强度(有关) 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 弹性极化、无损 电子位移极化
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,10121013s 极化程度影响因素: 电场强度(有关) 电源频率(无关) 离子间结合力↑个 温度(随温度升高而增加) 离子密度↓ 消耗能量:弹性极化、无损 12
12 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: 建立极化时间:极短,10-12~10-13 s 极化程度影响因素: 极化程度影响因素: 电场强度(有关) 电场强度(有关) 电源频率(无关) 电源频率(无关) 温度(随温度升高而增加) 温度(随温度升高而增加) 消耗能量:弹性极化、无损 弹性极化、无损 离子位移极化 离子间结合力 ↑ ↑ 离子密度 ↓