电介质的极化、电导与损耗特性

1-1、电介质基本电气特性为极化特性、电导特性、损耗特性和击穿特性。

相对介电常数Er，电导率y，介质损耗因数tgδ和击穿电场强度E。

1-2、电介质的极化可分为无损极化和有损极化。

无损极化包括电子式极化和离子式极化，有损极化包括偶极子式极化、空间电荷极化和夹层极化。

无损极化包括电子式极化和离子式极化。

夹层极化是空间电荷极化的一种特殊形式，多层介质相串联的绝缘结构，在加上直流电压的初瞬，各层介质中的电场分布与介质的相对介电常数成反比；稳态时的电场分布则与介质的电导率成反比，在此过程中存在吸收现象。

1-3、电介质的电导与金属的电导有着本质的区别，电介质电导属离子式电导磨碎温度的升高按指数规律增大；金属电导属电子式电导，随温度的升高而减小。

1-4、电介质在电场作用下存在损耗，其中气体电介质的损耗可以忽略不计。

在直流电压作用下电介质的损耗仅为由电导引起的电导损耗，而交流电压作用下电介质的损耗既有损耗，又有极化损耗。

因此，电介质在交流电压下的损耗远大于其直流电压下的损耗。

2-1绝缘介质通常由气体、液体和固体三种形态，其中气体和液体电介质属于自恢复绝缘，固体电介质属于非自恢复绝缘。

2-2气体放电的根本原因在于气体中发生了电离的过程，在气体中产生了带电粒子；而气体具有自恢复绝缘特性的根本原因在于气体中存在去电离的过程，它使气体中的带电粒子消失。

电离和去电离这对矛盾的存在与发展状况决定着气体介质的电气特性。

2-3在气体电离的四种基本特性中，碰撞电离是最基本的一种电离形式。

而在碰撞电离中电子最活跃的因素。

2-4电子崩的概念是汤逊气体放电理论的基础。

汤逊理论是建立在均匀电场、短间隙、低气压的实验条件下，因此它不适合解释高气压、长间隙、不均匀电场中的气体放电现象，对于后者只能用流注放电理论予以解释。

2-5流注放电理论与汤逊放电理论的根本不同点在于流注理论认为电子的碰撞电离和空间光电离是形成自持放电的主要因素，并强调电荷畸变电场的作用。

⾼电压技术总复习第⼀章电介质的极化、电导和损耗⼀、掌握电介质极化的基本形式及特点（1）极化：电介质中的带电质点在电场作⽤下沿电场⽅向作有限位移现象。

（2）电⼦位移极化：负电荷的作⽤中⼼与正电荷的作⽤中⼼不再重合主要特点：1、极化所需时间极短；2、极化具有弹性，不产⽣能量损耗；3、温度对极化的影响较⼩。

（3）离⼦位移极化：在外电场E作⽤下，正、负离⼦将发⽣⽅向相反的偏移，使平均偶极矩不再为零，介质呈现极化。

离⼦式极化的特点：1、极化过程极短；2、极化具有弹性，⽆能量损耗；3、温度对极化有影响：（4）偶极⼦极化：在外电场的作⽤下，偶极⼦受到电场⼒的作⽤⽽发⽣转向，顺电场⽅向作有规律的排列，靠电极两表⾯呈现出电的极性。

偶极⼦式极化的特点：1、极化所需时间极长，故极化与频率有较⼤的关系；2、极化属⾮弹性，有能量损耗；3、温度对极化影响很⼤：极性⽓体介质具有负的温度系数；（5）空间电荷极化：是带电质点（电⼦或正、负离⼦）的移动形成的。

最典型的空间电荷极化是夹层极化。

夹层极化的特点：1、极化所需时间长，故夹层极化只有在低频时才有意义。

具有夹层绝缘的设备断开电源后，应短接进⾏彻底放电以免危及⼈⾝安全，⼤容量电容器不加电压时也应短接；2、极化涉及电荷的移动和积聚，所以必然伴随能量损耗。

⼆、介质的相对介电常数ε0 ——真空的介电常数=8.86×10-14F/cm三、掌握电介质损耗的基本概念、介质损耗因数tanδ概念采⽤介质损耗⾓正切tanδ作为综合反映电介质损耗特性优劣的⼀个指标，测量和监控各种电⼒设备绝缘的tanδ值已成为电⼒系统中绝缘预防性试验的最重要项⽬之⼀。

第⼆章⽓体放电的物理过程⼀、掌握⽓体中带电粒⼦的产⽣和消失1 ⽓体中带电质点的产⽣途径：电⼦获得⾜够的能量跳出最外层轨道，成为⾃由电⼦。

产⽣带电离⼦的过程称为电离（游离），它是⽓体放电的⾸要前提。

⼀是⽓体本⾝发⽣电离（游离）；⼆是⽓体中的固体或液体⾦属发⽣表⾯电离（游离）。

电介质材料的极化和介电特性电介质是一类电性能力较差的材料，其极化和介电特性是其重要的物理特性。

本文将以电介质材料的极化和介电特性为主题，探讨其在不同领域的应用以及相关的研究现状。

首先，我们来了解一下电介质材料的极化现象。

在外电场的作用下，电介质内部的正负电荷会发生分离，使得材料内部形成电偶极矩。

这种极化行为可以分为两种类型：定向极化和离子极化。

定向极化是指材料内部的正负电荷沿着电场方向排列，形成电偶极矩；而离子极化是指电场作用下，材料内部的离子移位，形成正负电荷分离的电偶极矩。

接下来，我们来探讨电介质材料的介电特性。

介电特性描述了电介质在外电场作用下的响应规律。

其中，介电常数是介电特性的一个重要参数。

介电常数越大，材料在电场作用下的极化能力越强。

介电常数和电介质材料的极化形式有关，对于定向极化的材料，其介电常数通常较大；而对于离子极化的材料，其介电常数相对较小。

此外，介电损耗也是介电特性的另一个重要参数，它描述了电介质材料在变化的电场中产生的能量损耗。

介电损耗越小，电介质材料的能量储存和传输能力越好。

电介质材料的极化和介电特性在多个领域有着广泛的应用。

在电力系统中，电介质材料常用于电容器中，用于储存和传输电能。

通过合理选择电介质材料，可以增加电容器的容量和性能，提高电力系统的稳定性和效率。

在电子器件中，电介质材料被广泛应用于电容器、绝缘材料等。

电容器的介电特性对于电子器件的性能有着重要影响，合适的电介质材料可以提高器件的工作效率和可靠性。

在通信领域，电介质材料也起到重要的作用。

例如，微波介电常数大的材料可以用于微波天线的设计，提高信号传输的质量和距离。

此外，在光学领域，电介质材料的极化和介电特性也对光的传输和调控起到关键作用。

通过调变电介质材料的极化状态，可以实现对光的折射率和吸收系数的控制，实现光信号传输和光学器件的调节。

目前，对电介质材料的极化和介电特性的研究正得到越来越多的关注。

一方面，科学家们正在探索新的电介质材料，以提高其介电特性和应用性能。

第一章电介质的定义及作用：电介质通常称为绝缘介质或绝缘材料，在高电压工程中被广泛地用来将不同电位的导体以及导体与地之间隔离开来，使其保持各自的电位。

电介质的电气特性：极化特性：相对介电常数εr电导特性：电导率γ损耗特性：介质损耗因数tgδ击穿特性：击穿电场强度Eb。

极化：在外加电场的作用下，电介质中的正、负电荷将沿着电场方向作有限的位移或者转向的现象。

（1）电子式极化：在外加电场E的作用下，介质原子中的电子运动轨道将相对于原子核发生弹性位移，原子的正、负电荷作用中心不再重合，形成电矩。

存在于一切物质中；极化所需的时间极短；具有弹性，没有损耗；温度对电子式极化影响不大。

（2）离子式极化：在离子式结构的电介质中当有外电场作用时，正、负离子沿电场方式产生相对位移，使平均偶极矩不再为零，电介质呈现极化。

是弹性极化；极化过程所需的时间很短；无损；温度对此极化存在一定影响。

（3）偶极子极化：在极性分子结构的电介质中，其分子中的正、负电荷中心永不重合，每个极性分子都是偶极子，具有一定的电矩。

当有外加电场作用时，原先排列杂乱的偶极子将沿电场方向转动，作较有规则的排列，从而对外显示出电极性。

转向极化，非弹性；极化所需的时间较长；εr在低温下先随温度的升高而增加，以后当热运动变得强烈时，εr又随温度上升而减小，电源频率增加，εr减小，有损。

（4）空间电荷极化：电介质中存在一些可以迁徙的电子或离子，因而在电场作用下这些带电质点将会发生移动，并聚积在电极附近的介质界面上，形成客观的空间电荷积累，这种极化称为空间电荷极化。

空间电荷极化进行比较缓慢，而且需要消耗能量，属于有损极化。

在电场距离较低的交变电场中容易发生这种极化，而在高频电场中，由于带电质点来不及移动，使这种极化难以发生。

（5）夹层极化：夹层极化是多层电介质组成的复合绝缘中产生的一种特殊的空间电荷极化。

初始电压按介电常数反比分配，稳态电压按电导率反比分配。

电荷要重新分配，这样在两层介质的交界面处会积累电荷，这种极化形式称夹层极化。

电介质的损耗
电介质损耗是电介质（绝缘体）在电场中发生能量损耗的现象。

这种损耗通常与电介质的分子结构、电场频率、温度等因素有关。

以下是一些影响电介质损耗的主要因素以及一些与电介质损耗相关的重要概念：
1.电介质极化：
•电介质在外电场的作用下会发生极化，分为定向极化和非定向极化。

极化过程中，电介质内的分子会受到电场力的
影响而发生相对位移，从而导致损耗。

2.介电损耗：
•介电损耗是电介质中由于分子摩擦、离子运动等引起的能量损耗。

这种损耗通常表现为电介质的电导率增加和功率
因数减小。

3.频率效应：
•电介质损耗通常随着电场频率的增加而增加。

这是因为在高频条件下，电介质分子无法迅速跟随电场的变化，导致
相对于电场的滞后，产生能量损耗。

4.温度效应：
•温度升高通常会增加电介质损耗，因为高温会增加分子运动，增加摩擦和碰撞，导致能量耗散。

5.材料的选择：
•不同的电介质材料对电介质损耗的敏感性不同。

选择合适
的电介质材料对于特定应用中损耗的控制至关重要。

6.电介质的种类：
•不同种类的电介质在电场中的行为有所不同，例如，有机电介质和无机电介质的损耗特性可能有差异。

7.电场强度：
•电介质损耗通常与电场强度有关。

在较大的电场强度下，电介质分子可能经历更大的变形和摩擦，导致更高的损耗。

在电子设备、电力系统和电容器等应用中，对电介质损耗的控制非常重要，因为它可以影响设备的性能和效率。

设计和选择合适的电介质材料以及了解各种影响因素对于减小电介质损耗具有实际意义。