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1.1 电介质的极化和电导

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《高电压技术系列》--电介质的极化、电导和损耗

《高电压技术系列》--电介质的极化、电导和损耗
为什么呢？
电介质放入极板间,就要受到电场的作用,介质原
子或分子结构中的正、负电荷在电场力的作用下产生 位移，向两极分化，但仍束缚于原子或分子结构中而 不能成为自由电荷。结果，在介质靠近极板的两表面 呈现出与极板上电荷相反的电的极性来，即靠近正极 板的表面呈现负的电极性，靠近负极板的表面呈现正 的电极性，这些仍保持在电介质内部的电荷称为束缚 电荷。正由于靠近极板两表面出现束缚电荷，根据异 极性电荷相吸的规律，要从电源再吸收等量的异极性 电荷Q′到极板上，这就导致Q=Q0+ Q′＞Q0。
用于电容器的绝缘材料，显然希望选用r 大的电介质，因 为这样可使电容的体积减小和重量减轻。但其他电气设备中往
往希望选用 r 较小的电介质，这是因为较大的 r往往和较大的 电导率相联系，因而介质损耗也较大。采用 r 较小的绝缘材料
还可减小电缆的充电电流、提高套管的沿面放电电压等。
在高压电气设备中常常将几种绝缘材料组合在一起使用， 这时应注意各种材料的r 值之间的配合，因为在工频交流电压 和冲击电压下，串联的多层电介质中的电场强度分布与各层电 介质的r 成反比。
四、空间电荷极化
上述三种极化都是由带电质点的弹性位移或转向形成的， 而空间电荷极化的机理与上述不同，它是带电质点（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。
当开关S和上，两电介质 都发生极化。由于电介 质不同，极化程度也不 同，故交界面处积聚的 异号电荷不相等。如： 介质Ⅰ下部边缘处积聚 的正电荷比介质Ⅱ上部 边缘处积聚的负电荷多 的话，则在两介质交界 面处显示出正的电极性 来。这种使夹层电介质 分界面上出现电荷积聚 的过程称为夹层极化。
最基本的极化形式有电子式极化、离子式极化、偶极子极 化和空间电荷极化等。

2 电介质的极化、电导和损耗

2 电介质的极化、电导和损耗
-
极化前
极化后
5
四、空间电荷极化（夹层介质界面极化）
夹层介质界面极化概念 ： 当t=0:
U1 C2 U 2 C1
G1 G2 C1 C 2
U
当t=∞: U 1 G2 U 2 G1
A
G1
P G2
B
C1
U C2
6
一般有
C 2 G2 C1 G1
电荷重新分配，在两层介质的交界面处有积 累电荷，这种极化形式称夹层介质界面极化。 夹层界面上电荷的堆积是通过介质电导G完成 的，高压绝缘介质的电导通常都很小，这种性质 的极化只有在低频时才有意义
又如电机定子线圈出槽口和套管等情况，如果固体绝 缘材料的r减小，则交流下沿面放电电压可以提高。
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2. 多层介质的合理配合 对于多层介质，在交流及冲击电压下，各层电压分布与 其 r成反比，要注意选择r ，使各层介质的电场分布较均匀 ，从而达到绝缘的合理应用
3. 材料的介质损耗与极化类型有关，而介质损耗是影 响绝缘劣化和热击穿的一个重要因素。
பைடு நூலகம்



液体的分子结构、极性强弱，、纯净程度、介质温度等对 电导影响很大，各种液体电介质的电导可能相差悬殊，工 程上常用的变压器油、漆和树脂等都属于弱极性。
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液体电介质中电压－电流特性
区域1：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2：随着场强的增 大 ， 与气体相似，有 一平坦区域 区域3：场强继续增大 超过某一极限 ，电极 发射电子引起电流激 增，最终击穿

极性介质（如云母、玻璃等）及离子性介质，水分子与固体介质分子 的附着力很强，在介质表面形成连续水膜，表面电导较大，且与湿度有 关。称这类介质为亲水性介质。

国家电网高压电培训 第一章 电介质极化、电导、损耗

国家电网高压电培训 第一章 电介质极化、电导、损耗

§1.3 电介质的损耗
2.介质损耗的基本形式 (1)电导损耗。 (2)极化损耗。
15
(3)游离损耗。它主要是指气体间隙的电晕放电以及 液、固体电介质内部气泡中的局部放电所引起的附加 损耗。
§1.3 电介质的损耗
二、介质损失角正切 tgδ
1.直流电压下
16
电导率γ或电阻率ρ既表示介质电导的特性,同时
也表征了介质损耗的特性。
2.在交流电压下
tgδ表征介质损耗的大小。
17
§1.3 电介质的损耗
三、影晌tgδ的因素 1.频率
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2.温度
3.电压
§1.3 电介质的损耗
四、介质损耗在工程应用上的意义 1.选材；
19
2. tgδ值的测量是电气设备绝缘试验中的一个基本 项目； 3.合理使用设备。
其物理意义表示金属极板间放入电介质后的电容量(或 极板上的电荷量)为极板间为真空时的电容量(或极板 上的电荷量)的倍数。εr =Q/Qo
5
§1.1 电介质的极化
6
（a）极板间为真空
（b）极板间为固体介质
§1.1 电介质的极化
四、电介质极化在工程上的意义
7
1.选择合适εr的绝缘材料；
2.采用组合绝缘时选择介电系数合理搭配的绝 缘材料； 3.通过测ε值来判断绝缘材料的受潮情况及含 气泡的多少
§1.2 电介质的电导
一、电介质电导的基本概念 电介质在电场作用下，有一定电流流过的现象， 称为电介质的电导。 这是因为在电介质内部还是存在数量很少的带 电粒子。 表征不同电介质电导过程强弱程度的物理量是 电导率γ(或电阻率ρ)。 电介质的电阻率一般达109～1022Ω•cm，而导体 的电阻率在10-2Ω•cm 以下,可见两者差别之大。

介质的电极化

介质的电极化

第一章 绪论1.1 介质的电极化电介质的特征是以正，负电荷中心不重合的电极化方式传播，存贮或记录电的作用和影响，但其中起主要作用的是束缚电荷。

电介质物理学主要是研究介质内部束缚电荷在电场（包括光频电场），应力，温度等作用下的电极化和运动过程，阐明其电极化规律与介质结构的关系，揭示介质宏观介电性质的微观机制，同时也研究电介质性质的测量方法，以及各种电介质的性能，进而发展电介质的效用。

电介质可以是气态，液态或固态，分布极广。

本书主要讨论固态电介质，虽然电介质并非一定是绝缘体，但绝缘体都是典型的电介质。

绝缘体的电击穿过程及其原理关系到束缚电荷在强场作用下的极化限度，这也属于电介质物理的研究范围。

实际上，金属也具有介电性质。

当电场频率低于紫外光频率时，金属的介电性来源于电子气在运动过程中感生出的虚空穴（正电荷），从而导致动态的电屏蔽效应；此时基本上不涉及束缚电荷，故不列入电介质物理的研究范畴。

因为电极化过程与物质结构密切相关，电解质物理学的发展总是与物质结构的研究相呼应。

20世纪20年代，当关于原子结构和分子结构的研究开始发展的时候，电极化基本过程的研究也随着发展起来了，电极化的3个基本过程式：（1）原子核外电子云的畸变极化；（2）分子中正，负离子的相对位移极化；（3）分子固有电矩的转向极化，在外界电场作用下，介质的相对介电常数ε是综合地反映这三种微观过程的宏观物理量，它是频率ω的函数()εω 只当频率为零或频率很低（例如1kHz ）时，三种微观过程都参与作用；这时的介电常数(0)ε 对于一定的电介质而言是个常数。

随着频率的增加，分子固有电矩的转向极化逐渐落后于外场的变化。

这时，介电常数取复数形式'"()()()i εωωωεε=- (1.1) 其中虚部"()ωε代表介质损耗，实部'()ωε随频率的增加而下降，同时虚部出现如图 1.1所示的峰值，这种变化规律称为弛豫型的。

1.1 电介质的极化和电导

1.1 电介质的极化和电导
i=i1+i2+Ig
根据内部物理 过程，总电流 i可分解为三部 分：
i1－充电电流：无损极化对应的纯电容电流，又称快极化 电流； i2－吸收电流：为有损极化对应的电流(主要为夹层极化)， 又称慢极化电流； Ig－电导电流：介质中少量离子或电子移动形成的电流，即 俗称的泄漏电流。
我们所说电介质的绝缘电阻，就是此时电介质上所加直流 电压与此稳定电流值的比值，即
(2) 用电量迅速增长
2004年全国用电量是1981年的7.08倍，其间用电量年均 增长8.88％，2000～2004年用电量年均增长12％。根据 预测，2004～2020年我国用电需求仍将保持较高的增长 率，2005～2010年年均用电增长率在6％以上，预计 2011～2020年年均用电增长率5％。 (3) 电网的建设有较大发展 建国后，1952年建设了110kV输电线路，逐渐形成京津唐 110kV输电网； 1954年建成丰满－李石寨220kV输电线，逐渐形成东北电 网220kV骨干网架； 1972年建成330kV刘家峡－关中输电线路，以后逐渐形成 西北电网330kV骨干网架；
±800KV云—广特高压直流输电工程2009年投产。

电力发展为何需要越来越高的电压？
理论上输电线路的输电能力与输电电压的平方成正比，电 压提高1倍，输送功率将提高4倍； 大容量输电的需求：高效率的大型、特大型发电机组的建 造投运，以其为基础建设的特大容量规模发电基地，需要 更高电压的输电网。 资源配置要求：资源中心在西部，能源负荷中心在东部， 特高压输电实现更大范围的资源优化配置。
日本于上世纪80年代建设东西和南北两条1000V输电主干线， 将位于东太平洋沿岸的福岛核电站和柏崎核电站的电力输送 到东京。这两条线目前降压至500kV运行。

第一章 电介质的极化、电导和损耗

第一章 电介质的极化、电导和损耗

U1 U2

t 0
C2 C1
t=
,电压分配将与电导成反比：
C1< C2，而G1>G2，则由上面两式：
一般C2 G2 即C1、C2上的电荷需要重新分配，设
1 1
C
G
U1 U2
可得：

t 0
C2 C1
U1 U2

t
G2 G1
U1 U2

t
G2 G1
t=0时，
U1>U2
t 时， U1<U2
2）极性电介质：杂质离解和自身分子离解共同作用。
3）离子式电介质：离子在热运动影响下脱离晶格移动 所形成。
5
2016-3-21
4）影响因素 （1）电场强度： E较小，U和I服从欧姆定律，E较大时，U升高，I 增加速度很快，无饱和区。 （2）温度：T↑,G↑↑ （3）杂质：杂质含量↑,G↑↑ eg:当纸板的含水量增为百分之几时,固体电介 质的体积电导将增大3~4个数量级.
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对于平行平板电容器，极间为真空时：
C0 Q0 0 A U d
电介质的极化是电介质在电场作用下，其束缚 电荷相应于电场方向产生弹性位移现象和偶极子的取向 现象。介电常数来表示极化强弱。
放置固体介质时,电容量将增大为: 相对介电常数： r
C
Q0 Q' A U d
f 增大，曲线向右移动
因为频率高时，偶极子的转向来不及充分进行
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五、电介质损耗在工程上的意义 1、是选择绝缘材料的依据。
2、判断绝缘材料是否受潮、劣化。
3、使用电气设备时注意使用环境的频率、温度和电压 的要求。

《高电压技术》作业集参考答案(专本科函授)

6．扩散7．改善电场分布、削弱气隙中的游离过程8．固体介质9．20℃、101.310．低11．增大12．250/250013．空间电荷14．增大三、简答题1．答：（1）因棒极附近场强很高，不论棒的极性如何，当外加电压达到一定值后，此强场区内的气体首先发生游离。

当棒具有正极性时，间隙中出现的电子向棒极运动，进入强电场区，引起碰撞游离，形成电子崩。

在放电达到自持、爆发电晕之前，在间隙中存在大量游离过程。

当电子崩达到棒极后，其中的电子就进入棒极，而正离子仍留在空间，相对来说缓慢地向板极移动。

即在棒极附近，积聚起正空间电荷，从而减少了紧贴棒极附近的电场，而加强了游离区外部空间的电场。

这样，棒极附近的电场被削弱，难以形成流柱，这就使得自持放电也即电晕放电难以形成，所以电晕起始电压高，击穿电压低。

（2）当棒具有负极性时，阴极表面形成的电子立即进入强电场区，形成电子崩。

当电子崩中的电子离开强电场区后，电子就不再能引起游离，而以越来越慢的速度向阳极运动。

电子崩中的正离子逐渐向棒极运动而消失于棒极，但由于其运动速度较慢，所以在棒极附近总是积聚着正空间电荷。

而在其后则是较分散的负空间电荷。

负空间电荷由于浓度小，对外电场的影响不大，而正空间电荷将使电场参考答案第一章电介质的极化、电导和损耗一、单项选择题：1. D2. D3. B二、填空题：1. 增大了2．电子式极化、离子式极化、偶极子式极化、空间电荷极化（夹层式极化）3．在电场作用下极化程度的物理量4．电子式极化、离子式极化5．偶极子式极化、空间电荷极化（夹层式极化）6．大些7．离子性、电子性8． 电导强弱程度9．电场强度、温度、杂质10．体积电导、表面电导11．电导损耗、极化损耗12．电导13．δωCtg U 214．电导三、简答题1．答：电介质的电导为离子性电导，随着温度的升高，分子的热运动加剧，分子之间的联系减弱，介质中离解出的离子数目增多，所以电导率增大。

而导体的电导是电子性电导，温度升高，分子的热运动加剧，电子在电场作用下定向运动时遇到的阻力增大，所以电导率降低。

电介质物理课后答案

电荷所产生的电场。
答：在电场作用下平板电介质电容器的介质表面上的束缚电荷所产
的、与外电场方向相反的电场，起削弱外电场的作用，所以称为
退极化电场。
退极化电场：
平均宏观电场：
充电电荷所产生的电场：
1－3氧离子的半径为 ，计算氧的电子位移极化率。
提示：按公式 ，代入相应的数据进行计算。
1－4在标准状态下，氖的电子位移极化率为 。试求出氖的
解：在交变电场的作用下，由于电场的频率不同，介质的种类、所处
的温度不同，介质在电场作用下的介电行为也不同。
当介质中存在弛豫极化时，介质中的电感应强度D与电场强度E
在时间上有一个显著的相位差，D将滞后于E。 的简单表示式
不再适用了。并且电容器两个极板的电位于真实的电荷之间产生相位
差，对正弦交变电场来说，电容器的充电电流超前电压的相角小于
因素有关？关系如何？如何提高固体电介质的热击穿电压？
答：答案参考课本有关的章节。
3－14根据瓦格纳的热击穿电压的计算公式，解释能否利用增加固体电介质
的厚度来增加固体电介质的热击穿电压，为什么？
答：答案参考课本有关的章节。
3－15简要叙述瓦格纳的热击穿理论；瓦格纳的热击穿理论的实用性如何？
答：答案参考课本有关的章节。
少？
解：真空时：
介质中：
1－19一平行板介质电容器，其板间距离 ， ，介电系数 ＝
2，外界 的恒压电源。求电容器的电容量C；极板上的自由电荷q；
束缚电荷 ；极化强度P；总电矩 ；真空时的电场 以及有效电场
。
解：
1－20边长为10mm、厚度为1mm的方形平板介质电容器，其电介质的相对
介电系数为2000，计算相应的电容量。若电容器外接 的电压，

高电压技术(第1章)解析

《高电压技术》第3版常美生主编第一章电介质的极化、电导和损耗概述⏹电介质：指具有很高电阻率（通常为106~1019Ω·m）的材料。

⏹电介质的作用：在电气设备中主要起绝缘作用，即把不同电位的导体分隔开，使之在电气上不相连接。

⏹电介质的分类：按状态可分为气体、液体和固体三类。

其中气体电介质是电气设备外绝缘（电气设备壳体外的绝缘）的主要绝缘材料；液体、固体电介质则主要用于电气设备的内绝缘（封装在电气设备外壳内的绝缘）。

⏹极化、电导和损耗：在外加电压相对较低（不超过最大运行电压）时，电介质内部所发生的物理过程。

这些过程发展比较缓慢、稳定，所以一直被用来检测绝缘的状态。

此外，这些过程对电介质的绝缘性能也会产生重要的影响。

⏹击穿：在外加电压相对较高（超过最大运行电压）时，电介质可能会丧失其绝缘性能转变为导体，即发生击穿现象。

第一节电介质的极化一、电介质的极性及分类⏹分子键：电介质内分子间的结合力。

⏹化学键：分子内相邻原子间的结合力。

根据原子结合成分子的方式的不同，电介质分子的化学键分为离子键和共价键两类。

原子的电负性是指原子获得电子的能力。

电负性相差很大的原子相遇，电负性小的原子的价电子被电负性大的原子夺去，得到电子的原子形成负离子，失去电子的原子形成正离子，正、负离子通过静电引力结合成分子，这种化学键就称为离子键。

电负性相等或相差不大的两个或多个原子相互作用时，原子间则通过共用电子对结合成分子，这种化学键就称为共价键。

离子键中，正、负离子形成一个很大的键矩，因此它是一种强极性键。

共价键中，电负性相同的原子组成的共价键为非极性共价键，电负性不同的原子组成的共价键为极性共价键。

由非极性共价键构成的分子是非极性分子。

由极性共价键构成的分子，如果分子由一个极性共价键组成，则为极性分子；如果分子由两个或多个极性共价键组成，结构对称者为非极性分子，结构不对称者为极性分子。

分子由离子键构成的电介质称为离子结构的电介质。

第一章电介质极化、电导和损耗

第一章电介质极化、电导和损耗
由于这种极化涉及电荷的移动和积聚，必然伴随能量损耗， 而且过程较慢，一般需要几分之一秒、几秒、几分钟、甚至 几小时，所以这种极化只有在直流和低频交流电压下才能表 现出来。
第一章电介质极化、电导和损耗
第二节、电介质的电导
电导率是表征电介质导电性能的主要物理量，其倒数 为电阻率。按载流子的不同，电介质的电导又可分为离子 电导和电子电导两种。
第一章电介质极化、电导和损耗
•• •
交流：流过电介质的电流 I IRIC
第一章电介质极化、电生方向相反的偏移，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、离子相对位移有限，外电场 消失后即恢复原状；
2、所需时间很短，其 r 几乎与
外电场频率无关。
第一章电介质极化、电导和损耗
温度对离子式极化的影响： 1、离子间的结合力会随温度的升高而减小，从而使极化 程度增强； 2、离子的密度随温度的升高而减小，使极化程度减弱。
第一章电介质极化、电导和损耗
1、电子电导：一般很微弱，因为介质中自由电子数极少； 如果电子电流较大，则介质已被击穿。
2、离子电导： 本征离子电导：极性电介质有较大的本征离子电导，电 阻率1010～1014cm 杂质离子电导：在中性和弱极性电介质中，主要是杂质 离子电导，电阻率1017～1019cm
第一章电介质极化、电导和损耗
固体、液体介质的电导率 与温度T 的关系：
B
Ae T
式中：A、B 为与介质有关的常数，其中固体介质的常数B 通常比液体介质的B 值大的多。T 为绝对温度，单位为K 。
该式表明, 随温度T 按指数规律上升。
第一章电介质极化、电导和损耗
第三节、电介质的损耗
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1、我国电力发展的概况
(1) 装机容量、发电量迅速增长
建国后到1960年，装机容量突破1000万kW，居世界第9 位；1987年突破1亿kW，居世界第4位；1996年装机容量 达到2.37亿kW，跃居世界第2位，实现了全国电力供需基 本平衡；2000年突破3亿kW，仍居世界第2位；2004年， 总装机容量达到4.4亿KW，居世界第1位；2010年，总装 机容量达到9亿KW。

5、极化的种类
（1）无损极化： ① 电子式极化 电子式和离子式 特点：极化时间很短； 各种频率下均可发生， 与外加频率无关； 具有弹性，无损耗； 温度影响不大。 ② 离子式极化 特点：极化时间稍长； 与频率无关； 弹性极化，无损； εr具正的温度系数；
（2）有损极化：
① 偶极子极化
偶极子和夹层极化
(2) 用电量迅速增长
2004年全国用电量是1981年的7.08倍，其间用电量年均 增长8.88％，2000～2004年用电量年均增长12％。根据 预测，2004～2020年我国用电需求仍将保持较高的增长 率，2005～2010年年均用电增长率在6％以上，预计 2011～2020年年均用电增长率5％。 (3) 电网的建设有较大发展 建国后，1952年建设了110kV输电线路，逐渐形成京津唐 110kV输电网； 1954年建成丰满－李石寨220kV输电线，逐渐形成东北电 网220kV骨干网架； 1972年建成330kV刘家峡－关中输电线路，以后逐渐形成 西北电网330kV骨干网架；
1981年建成500kV姚孟－武昌输电线路，1983年又建成葛 洲坝－武昌和葛洲坝－双河两回500kV线路，开始形成华 中电网500kV骨干网架。1989年建成±500kV葛洲坝－上 海超高压直流输电线路，实现了华中－华东两大区的直流 联网。 我国上世纪80年代开始了更高电压等级的论证、研究、试 验等，并于2005年9月在西北网建成投产了750kV输电线路 （官亭－兰州）。 2009年1月，我国电压等级最高的1000kV特高压输电线路 开始试运行（晋东南-南阳-荆门）。
±800KV云—广特高压直流输电工程2009年投产。

电力发展为何需要越来越高的电压？
理论上输电线路的输电能力与输电电压的平方成正比，电 压提高1倍，输送功率将提高4倍； 大容量输电的需求：高效率的大型、特大型发电机组的建 造投运，以其为基础建设的特大容量规模发电基地，需要 更高电压的输电网。 资源配置要求：资源中心在西部，能源负荷中心在东部， 特高压输电实现更大范围的资源优化配置。
空间电荷
电极附近
6、电导的概念及分类
（1）概念：表征电介质导电性能的物理量，其倒数称为 电阻；又常用电导率衡量，其倒数为电阻率。 （2）电导的分类： 电介质电导分为离子电导、电子电导等，主要表现为前者。 电子电导：一般很微弱，因为介质中自由电子数极少； 如果电子电流较大，则介质已被击穿。
离子电导： 本征离子电导：极性电介质本身离解所呈现的电导； 杂质离子电导：在中性和弱极性电介质中，主要是杂质离 解呈现的电导。 电泳电导：载流子为带电的分子团，通常是乳化态的胶体 粒子（如绝缘油中悬浮胶粒或细小水珠）吸附电荷变成了 带电粒子。 表面电导： 对固体介质，由于表面吸附水分和污秽存在表面电导，受 外界因素的影响很大。所以，在测量体积电阻\时，应尽 量排除表面电导的影响，清除表面污秽、烘干水分、在测 量电极上采取一定的措施。
四、自学
1、电介质极化在工程上的意义 2、电介质电导的工程意义
五、小结
六、下次课程任务
绝缘电阻的测量原理、方法及实际测量练习
思考题
1-1、1-5、1-6
特点： 非弹性极化； 有能耗； 极化时间较长； 频率对极化有影响； 温度较低时，T↑→分子间作用力↓→转向容易→极化↑； 温度较高时→热运动加剧 阻碍转向→极化↓ ② 夹层极化 合闸瞬间：
U1 U2
t 0
C2 C1
稳定后：
U1 U2
t
R1 G2 R2 G1
一般介质不均匀，初始与稳 态值不同，于是两层介质上 有一电压重新分配过程，亦 即C1、C2上电荷重新分配， 在此过程中，分界面上将集 聚起多余的电荷，从而对外 显出极性来。 极化结果： 等值电容增大；夹层界面堆积电荷产生极性。 极化特点： 与分子结构无关； 极化时间长（R很大时）； 有能耗；
9、绝缘电阻的特点
(1) 绝缘电阻会随着加压时间的延长而变化， 因此测量 介质或设备的绝缘电阻时应加压时间长一些； (2)
R 具有负的温度系数，而金属电阻具有正的温度系数；
(3) 由于 R 与外加电压有关，在临近击穿时有显著的迅 速增加自由电子的导电现象， 造成 R 剧烈下降； (4)对于固体电介质，还必须注意区分体积电阻RV和表面电 阻RS，由于受外界影响(如受潮、胀污等)很大，不能用RS 来说增加，以抵消极化电荷 产生的反电场.
引入相对介电常数表示 各种介质与真空的比较：
C Q0 Q A / d r C0 Q0 0 A / d 0
r 是反映电介质极化特性的一个物理量。
气体 r 接近于1，因密度小、极化率低；液体和固体多在 2～6之间。 用于电容器的绝缘材料，希望选用 r 大的介质，可使单位 电容的体积和重量减小。 其他电气设备中总是选 r 较小的介质，因介质损耗较小。 采用 r 较小绝缘材料可减小电缆的充电电流、提高套管的 沿面放电电压等。 采用组合绝缘时应注意各种材料 r 值之间的配合，在交流 r 电压下，串联多层介质的场强分布与介质的 成反比。
各种极化类型的比较
极化类型 电子式 离子式 偶极子式 夹层介质 界面 产生场合 任何电介质 极化时间(s) 10-15 10-13 10-10～10-2 10-1～数小时 极化原因 束缚电荷的位移 离子的相对偏移 偶极子的定向排列 自由电荷的移动 能量损耗 无 几乎无 有 有
离子式结构电 介质
极性电介质 多层介质 交界面
在设计、生产、试验、运行时要研究各种电介质在电压下 的电气物理性能，特别是在高压下的击穿特性。
（2）研究击穿特性需要做高压试验，涉及到试验电源、测 量仪器、手段方法（在线、离线、智能化）等。
2、本课程的特点
（1）抽象性、多学科性、边缘性、不完善性；
（2）实践性、危险性、工程性；
二、本次课程主要内容（9个方面）
7、绝缘电阻和吸收现象
（1）绝缘电阻的一般概念：
电介质的电阻通常称为绝缘电阻。对于绝缘材料，人们关 注的多是其绝缘性能，而绝缘电阻的高低在一定程度上反 映了绝缘性能的好坏，所以对绝缘材料，我们常讨论其绝 缘电阻，这是与对导体我们常关注其电导不同的。
（2）流过电介质的电流及吸收现象：
以施加直流为例，流 过介质内部的电流：
中性或弱极性固体介质的体积电导主要由杂质离解引起； 极性固体介质除此外本身分子离解为自由离子也是形成 体积电导的主要因素。 （3）温度：
固体、液体介质的电导率与温度T 的关系： 式中：A、B 为与介质有关的常数。T为绝对温度，单位为 K。该式表明, 介质的电导随温度T按指数规律上升。
讨论：
2、电介质的电导（电阻）与导体的电导（电阻） 有何异同？温度对它们有何影响？
4、电介质的极化和介电常数
（1）极化定义 电介质在电场作用下，其束缚电荷相应 于电场方向产生弹性位移现象和偶极子的取向现象。
（2）介电常数
表示极化强弱程度的一个物理量。
以真空平板电容器为例分析：
极化前：
极化后：
Q0 0 A C0 U d
Q Q0 Q A C U U d
高压电气试验
理实一体课程
本课程的教学标准
学期授课计划
模块一
情境一
绝缘电阻测量
电介质的极化和电导
一、本课程研究的对象及特点
1、研究对象
绝缘技术；绝缘的试验技术及设备； （1）绝缘又称为电介质，分气体、液体和固体三类。 它的作用是将不同电位的导体分开；绝缘在运行中要承受各 种电压的作用，电压较低时会发生极化、电导和损耗现象， 电压超出临界值时会发生击穿现象。
i=i1+i2+Ig
根据内部物理 过程，总电流 i可分解为三部 分：
i1－充电电流：无损极化对应的纯电容电流，又称快极化 电流； i2－吸收电流：为有损极化对应的电流(主要为夹层极化)， 又称慢极化电流； Ig－电导电流：介质中少量离子或电子移动形成的电流，即 俗称的泄漏电流。
我们所说电介质的绝缘电阻，就是此时电介质上所加直流 电压与此稳定电流值的比值，即
R
U Ig
而在施加直流电压一段时间后，电介质中的电流逐渐减小， 像是被“吸收”掉了一样的现象，就是常说的“吸收现象”。
讨论：
1、吸收现象的本质是什么？对电介质的绝缘电 阻有何影响？
8、影响电介质电导的因素
（1）电压（电场强度）： （2）杂质： 液体介质： 电导电流随电压增大而增大
杂质是液体介质中带电质点的重要来源。 中性液体离子主要来源于杂质分子的离解； 极性液体除杂质外本身分子也易离解，所以同等条件下， 其电导率比中性液体要大。 固体介质： 杂质也是固体电介质体积电导的重要来源， 杂质含量增大时，体积电导会明显增大。
日本于上世纪80年代建设东西和南北两条1000V输电主干线， 将位于东太平洋沿岸的福岛核电站和柏崎核电站的电力输送 到东京。这两条线目前降压至500kV运行。
3、电介质的种类和应用
按状态分气体、液体和固体三类 气体介质广泛用作电气设备的外绝缘；
液体和固体介质广泛用作电气设备的内绝缘。
常用的液体介质：变压器油、电容器油、电缆油 常用的固体介质：绝缘纸、纸板、云母、塑料、电瓷、玻璃、 硅橡胶等
2、高压的分类
输电电压一般分高压、超高压和特高压。
国际上，高压（HV）通常指35～220kV的电压； 超高压（EHV）通常指330kV及以上、750kV及以下电压； 特高压（UHV）指1000kV及以上的电压。 高压直流（HVDC）通常指的是±600kV及以下的直流 输电电压； ±600kV以上的电压称为特高压直流（UHVDC）。 前苏联1150kV输电线于1985年建成两段，到1992年经过了 6年的商业运行考验；