2-1高电压技术.ppt

1、2.1 液体电介质的极化与损耗,2.1.1 液体电介质的介电常数 2.1.2 液体电介质的损耗,返回,这样，电介质中任一点电场强度，便等于极板上自由电荷面密度在该点产生的场强/ 与束缚电荷面密度/ 在该点产生的场强-/ 之和，即 (2-1),2.1.1 液体电介质的介电常数,要由电介质的微观参数（N、）求得介电常数 ，必须先求得电介质的有效电场 。一般液体电介质的有效电场强度和宏观平均电场强度是不相等的。 电介质中某一点的宏观电场强度，是指极板上的自由电荷以及电介质中所有极化分子形成的偶极矩，共同在该点产生的场强。,而电介质中的有效电场，是指极板上的自由电 荷以及除某极化分子以外其它极化分子形

2、成的偶极矩共同在该分子产生的场强。由于偶极矩间的库仑作用力是长程的，有效电场强度的计算很复杂。洛伦兹（Lorentz）首先对有效电场作了近似计算。 下面对液体电介质的有效电场强度和介电常数作一些分析。,1. 非极性和弱极性液体电介质,非极性液体和弱极性液体电介质极化中起主要 作用的是电子位移极化，其极化率为e，介电常数与折射率n仍近似保持麦克斯韦关系，即 (2-2) 这类液体介质的介电常数一般在2.5左右，有四氯化碳、苯、二甲苯、变压器油等。,对于非极性和弱极性液体介质，它们的分子在外电场作用下，所感应的偶极矩大小相等，且沿电场方向排列。又由于液体无一定的形状，分子在空间各处出现的几率相等，因

3、而在洛伦兹球内分子的分布可以看作是对称的，球内分子对中心O分子作用的场强 =0，所以非极性和弱极性液体介质的有效电场强度 (2-3) P极化强度（ ）。,上式称为莫索缔（Mosotti）有效电场强度， 将其代入克劳休斯方程式(2-11)，得到非极性 与弱极性液体介质的极化方程为 (2-4) 式(2-4)称为克劳休斯莫索缔（Clausius Mosotti）方程，简称克莫方程。,极性液体介质包括中极性和强极性液体介质这 类介质在电场作用下，除了电子位移极化外，还有 偶极子极化，对于强极性液体介质，偶极子的转向 极化往往起主要作用，介电常数远大于折射率平方 n2，即 。,2. 极性液体电介质,极性

4、液体分子具有固有偶极矩，它们之间距离 近，相互作用强，造成强的附加电场，故洛伦兹球内分子作用的电场 0，莫索缔有效电场也就不适用。,极性液体电介质 与电源 频率有较大的关系。频率太 高时偶极子来不及转动，因 而 值变小，如图2-1所示。 其中 相当于直流电场下的 介电常数，ff1以后偶极子 越来越跟不上电场的交变， 不断下降；当频率f=f2时， 偶极子已经完全跟不上电场转 动了，这时只存在电子式极 化， 减小到 ，常温下，极 性液体电介质的 36。,图2-1 极性液体电介质的 r与频率的关系,温度对极性液体电介质的 值也有很大的影响：如图2-2所 示，当温度很低时，由于分子间 的联系紧密，液体

5、电介质黏度很 大，偶极子转动困难，所以 很 小；随着温度的升高，液体电介 质黏度减小，偶极子转动幅度变 大， 随之变大；温度继续升 高，分子热运动加剧，阻碍极性 分子沿电场取向，使极化减弱， 又开始减小。,图2-2 极性液体电介质的 r与温度的关系,返回,非极性和弱极性液体介质的极化主要是电子位移极化。相对介电常数与频率无关（ ），介质损耗主要来源于电导，介质损耗角正切为 (2-5) 一般非极性和弱极性液体介质的电导率很小，在室温下=10-12S/m，如取 =2，f=50Hz，则tan=1.810-4，与实验结果相符。,2.1.2 液体电介质的损耗,1. 非极性和弱极性液体电介质,低频下这类液

6、体介质的、p、tan与频率的关系如图2-3所示，而在高频下由于极性杂质等因素的影响，可能使tan显著增大。,图2-3 、p、tan与频率的关系,极性液体介质的介质损耗与粘度有关。极性分子在粘性媒质中作热运动，在交变电场作用下，电场力矩将使极性分子作趋向于外场方向的转动，在定向转动过程中，因摩擦发热而引起能量的损耗。 粘度相当大，分子极化跟不上电场的变化； 粘度很小，分子定向转动时无摩擦，对这两种情况，偶极子转向极化引起的损耗都甚微； 中等粘度下，该损耗显著，在某一粘度下出现极值。,2. 极性液体电介质,油纸电力电缆用的矿物油和松香的粘性复合浸渍剂，是一种极性液体介质。其中矿物油是稀释剂，故油的成分增加时复合剂的粘度减小，对应于一定频率下出现tan最大值的温度就向低温移动，而恒温下出现tan最大值的频率就向高频移动。,图2-4 工频下松香复合剂的tan与温度的关系,表2-1 f=50Hz时对应于不同组分松香-矿物油复合剂的tan最大值的温度,表2-1列出工频下油和松香复合剂在不同配方时出现 tan最大值的温度，相应的tan