電介質(zhì)在電壓作用下有能量損耗。一種是由電導引起的損耗;另一種是由某種極化引起的損耗,如極性電介質(zhì)中偶極子轉(zhuǎn)向極化、夾層電介質(zhì)界面極化等。電介質(zhì)的能量損耗簡稱介質(zhì)損耗。
在直流電壓下,由于電介質(zhì)中沒有周期性的極化過程,因此當外施電壓低于發(fā)生局部放電的電壓時,電介質(zhì)中的損耗僅由電導引起,這時用體積電導率和表面電導率兩個物理量已能夠表達,所以直流下不需要再引人介質(zhì)損耗這個概念。
在交流電壓下,除電導損耗外,還由于周期性的極化而引起能量損耗,因此需要引人一個新的物理量tanδ來表示。
因為用介質(zhì)損耗P值表示電介質(zhì)品質(zhì)的好壞是不方便的,P值和試驗電壓、試品尺寸等因素有關,不同試品間難以互相比較。所以改用介質(zhì)損耗角的正切--tanδ(介質(zhì)損耗角δ是功率因數(shù)角φ的余角)來判斷電介質(zhì)的品質(zhì)。它如同相對介電常數(shù)那樣,是僅取決于材料的特性而與材料尺寸無關的物理量。
中性或弱極性液體電介質(zhì)的損耗主要起因于電導,所以損耗較小,與溫度的關系也與電導相似。例如變壓器油在90℃時,tanδ<0.5%;用于充油高壓電纜的電纜油和電容器油的性能更高,例如高壓電容器油在100℃時tanδ<0.4%。
極性液體(如蓖麻油)以及極性和中性液體的混合油都具有電導和極化兩種損耗,電介質(zhì)損耗較大,而且和溫度、頻率都有關系。
固體電介質(zhì)常分為分子式結構電介質(zhì)、離子式結構電介質(zhì)、不均勻結構電介質(zhì)和強性電介質(zhì)四大類。強性電介質(zhì)在高壓設備中極少使用,所以只討論前三種電介質(zhì)。
(1)分子式結構電介質(zhì)有中性和極性兩種。中性電介質(zhì)如石蠟、聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯等,其損耗主要由電導引起。這些電介質(zhì)的電導極小,所以介質(zhì)損耗也非常小,在高頻下也可使用。例如沖擊測量時用的電纜就是用聚乙烯絕緣的。極性電介質(zhì)有纖維材料--紙、紙板等,和含有極性基的有機材料--聚氯乙烯、有機玻璃、酚醛樹脂等。這類電介質(zhì)的tanδ與溫度、頻率的關系和極性液體相似,其tanδ值較大,高頻下更為嚴重。
(2)離子式結構電介質(zhì)的tanδ與結構特性有關。結構緊密的離子晶體在不含有使晶格畸變的雜質(zhì)時,主要是由電導引起的損耗,所以tanδ很小,如云母就屬這種情況。云母不僅tanδ小,而且電氣強度高、耐熱性好、耐局部放電性能也好,所以是優(yōu)良的絕緣材料,在高頻時也可使用。
(3)不均勻結構的電介質(zhì)在交流設備中經(jīng)常遇到,例如電機絕緣中用的云母制品(是云母和紙或布以及漆所組合的復合電介質(zhì))和廣泛使用的油浸紙、膠紙絕緣等。它們的損耗取決于各成分的性能和數(shù)量間的比例。
LDJD-B和LDJD-C介電常數(shù)和介質(zhì)損耗測定儀可以測試固體和液體的介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ。
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