华北电力大学：《高电压技术》课程教学资源（课件讲稿）第6讲 电介质的电气性能 第1节 电介质的极化及介电常数

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 ↓