高电压技术_西南交通大学4 5 1--教案2 1、2 2_W

1、3.1液体电介质的极化与损耗3.1.1液体电介质的极化本节内容3.1.2液体电介质的损耗3.1.1 液体电介质的极化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ae，相对介电常数与折射率n仍近似保持麦克斯韦关系，即n2r（3-1）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。二甲苯33.1.1 液体电介质的极化在外电场作用下，非极性和弱极性液体介质的分子所感应的偶极矩大小相等，且沿电场方向排列。分子在空间各处出现的几率相等，在洛伦兹球内分子的分布可以看做是对称的，球内分子对球心作用的场强2=0，所以介质的有

2、效电场强度E= E + P = er + 2 E（3-2）3ei30式中P极化强度 P=0(r-1)E式（3-2）称为莫索缔（Mosotti）有效电场强度，将其代入克劳休斯方程（2-13），得到非极性与弱极性液体介质的极化方程为er -1 = Na（3-3）er + 23e0式（3-3）称为克劳休斯莫索缔(Clausius-Mosotti)方程，简称克-莫方程。43.1.1 液体电介质的极化2. 极性液体电介质 极性液体电介质具有固有偶极矩，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 E2 0，莫索缔有效电场也就不适用。极性液体介质包括中极性和强极性液体介质，这

3、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r远大于折射率平方n2，即r 53.1.1 液体电介质的极化极性液体电介质r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r值变小，如图3-1所示。其中，r0相当于直流电场下的相对介电常数； ff1以后偶极子越来越跟不上电场的交变， r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，r减小到r ，常温下，极性液体电介质的r 36。如图3-2所示，温度对极性液体电介质的r值也 有很大的影响。温度很低时，分子间的联系紧密，液体电介质黏度很

4、大，偶极子转动困难，所以r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，r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，r又开始减小。图3-1 极性液体电介质的 r与频率的关系6图3-2 极性液体电介质的r与温度的关系3.1.1液体电介质的极化本节内容3.1.2液体电介质的损耗3.1.2 液体电介质的损耗1. 非极性和弱极性液体电介质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，所以介质损耗角正切为：低频下，这类液体介质的、P、tan与频率的关系如图3-3所示，而在高频下由于极性杂质等因素，tan

5、显著减小。可能使gf ertan d = g= 1.81010（3-4）we0er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r =2，f=50Hz，则实验结果相符。tan=1.810-4，与图3-3 、p、tan与频率的关系83.1.2 液体电介质的损耗2. 极性液体电介质极性液体介质的介质损耗与粘度有关。极性分子在黏性媒质中作热运动，在交变电场作用下，电场力矩将使极性分子做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。黏度相当大，分子极化跟不上电场的变化；黏度很小，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很小。但是，在

6、中等黏度下，该损耗显著，在某一黏度下出现极值。93.1.2 液体电介质的损耗电力电缆用的由矿物油和松香组成的黏性复合浸渍剂，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黏度减小，对应于一定频率下出现tan最大值的温度就向低温移动，而对应于恒温下出现tan最大值的频率就向高频移动。工频下油和松香复合剂在不同配方时所对应的tan温度曲线如图3-4所示。表3-1列出了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。表3-1 f=50Hz时不同组分松香和矿物油复合剂的tan最大值的温度图3-4 工频下松香复合剂的tan与温度的关系复合剂的组分对应于f=50Hz时tanmax的温度t(C)序号松香（%）矿物油（%1100050295540390103248