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通過定義講解,、理論分析,，了解電介質(zhì)損耗及介質(zhì)損失角的基本概念
閱讀：1687發(fā)布時間：2024-4-2
一、電介質(zhì)損耗的基本概念
1.電介質(zhì)損耗的概念
從電介質(zhì)的極化和電導(dǎo)的概念可以看出,，電介質(zhì)在電壓作用下有能量損耗,，稱為介質(zhì)損耗，簡稱介損,。介質(zhì)損耗由下列三部分組成：
(1)電導(dǎo)損耗,。它由電導(dǎo)電流(泄漏電流)流過電介質(zhì)產(chǎn)生。電導(dǎo)損耗在交流電壓和直流電壓作用下均存在,。
(2)極化損耗,。它由極性電介質(zhì)中的偶極子式極化和多層電介質(zhì)的夾層極化引起的損耗。極化損耗只在交流電壓作用下才存在,。
(3)游離損耗,。它是由液體及固體介質(zhì)中的局部放電引起的損耗,。游離損耗只在外施電壓超過一定值時才會出現(xiàn)，并且隨電壓開高而急劇增加,。游離損耗在交流電壓和直流電壓作用下均會出現(xiàn),。
當(dāng)外加電壓低于發(fā)生局部放所需的電壓時，在直流電壓作用下,，因介質(zhì)中沒有周期性的極化過程,，所以介質(zhì)中只有電導(dǎo)損耗：在交流電壓作用下，介質(zhì)損耗包括電導(dǎo)損耗以及周期性極化引起的能量損耗,。
2.電介質(zhì)的等值電路
電介質(zhì)的等值電路如圖TYBZ01401003-1所示,，該等值電路適用于直流電壓和交流電壓、中路中C0支路表示介質(zhì)無能量損耗的極化,，支路中流過的電流ic稱為電容電流：rg支路表示電導(dǎo)引起的損耗,，支路中流過的電流ig稱為電導(dǎo)電流或泄漏電流；ra—Ca支圖表示有能量損耗的極化,，支路中流過的電流ia稱為吸收電流,。并聯(lián)等值電路如圖TYBZ01401003-2所示或串聯(lián)等值電路如圖TYBZ01401003-3所示。
需要指出的是：等值電路只有計算上的意義,，并不反映介質(zhì)損耗的物理意義,。
3.介質(zhì)損耗角正切值tanδ
以并聯(lián)等值電路為例。當(dāng)給電介質(zhì)兩端施加交流電壓時,，流過介質(zhì)的電流包含有功分量IR和無功分量IC,。把功率因數(shù)角φ的余角δ稱為介質(zhì)損失角，則tanδ=IR/IC=1/ωCR,。介質(zhì)上所加電壓與流過介質(zhì)電流的相量關(guān)系如圖TYBZ01401003-2所示,，則介質(zhì)損耗P為
P=U IR =U IC tanδ=U2ωCptanδ (TYBZ01401003-1)
從式(TYBZ01401003-1)可知，P值與試驗電壓,、試品電容量及電源頻率有關(guān),，不同試品間難以比較。如果外施電壓和電源頻率不變,，則介質(zhì)損耗與tanδ成正比,，所以通常用介質(zhì)損失角正切值tanδ來表示介質(zhì)在交流電壓作用下的損耗。tanδ僅與介質(zhì)本身的特性有關(guān),，與被試品的幾何尺寸無關(guān),，當(dāng)絕緣受潮或絕緣中有大量氣泡、雜質(zhì)的情況下,，tanδ會增大,。故對同類型被試品絕緣的優(yōu)劣，可以通過tanδ值的大小來判斷,。
需要說明的是介質(zhì)損失角正切值tanδ即可反映介質(zhì)本身的絕緣狀況,，同時介質(zhì)損耗本身也是導(dǎo)致絕緣老化和損壞的一個原因,，因為介質(zhì)損耗將引起絕緣內(nèi)部發(fā)熱，溫度開高,，從而使泄漏電流增大和有損極化加劇，導(dǎo)致介質(zhì)損耗更大,。所以,，對于運(yùn)行中的電氣設(shè)備，應(yīng)監(jiān)測其介質(zhì)損耗的變化趨勢,，這對判斷設(shè)備絕緣的品質(zhì)具有重要意義,。
二、影響介質(zhì)損失角正切值tanδ的因素
影響tanδ值的因素主要有頻率,、溫度和電壓,。
(1)頻率對tanδ的影響很大，在進(jìn)行試驗時,，電源頻率變化很微小,，可認(rèn)為頻率對tanδ沒有影響。
(2)溫度對tanδ的影響與介質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān),。中性或弱極性電介質(zhì)的損耗主要是電導(dǎo)損耗,，損耗較小，當(dāng)溫度升高時,，tanδ增大,。極性電介質(zhì)的tanδ與溫度的關(guān)系如圖TYBZ01401003-4所示。
(3)電壓較低(場強(qiáng)較小)時,，tanδ與電壓無關(guān)當(dāng)介質(zhì)中含有氣泡時,，外施電壓升高到氣泡的起始游離電壓后，將發(fā)生局部放電,，tanδ值將隨電壓的升高明顯增大,。所以在較高電壓下測量tanδ，可以檢查介質(zhì)中是否含有氣隙,，也可以發(fā)現(xiàn)介質(zhì)老化分層,、龜裂等缺陷。
三,、電介質(zhì)的介質(zhì)損耗
1.氣體電介質(zhì)中的損耗
當(dāng)外施電壓小于氣體發(fā)生碰撞游離所需的電壓時,，氣體中的損耗主要是電導(dǎo)損耗，損耗極小,，可忽略不計,。所以常用氣體作為標(biāo)準(zhǔn)電容器的介質(zhì)。當(dāng)外施電壓超過起始游離電壓U0
時,，損耗隨電壓的升高急劇增大,。如圖TYBZ01401003-5所示,。
2.液體電介質(zhì)中的損耗
中性或弱極性液體電介質(zhì)的損耗主要是電導(dǎo)損耗，損耗較小,，tanδ與溫度及電場的關(guān)系和電導(dǎo)相似：溫度升高,，tanδ增大。電場強(qiáng)度小于某定值時,， tanδ接近為一常數(shù),，電場強(qiáng)度超過某定值時，tanδ隨電場強(qiáng)度的增大而增大,。極性液休電介質(zhì)的tanδ與溫度的關(guān)系如圖TYBZ01401003-4所示,。
3.固體電介質(zhì)中的損耗
固體電介質(zhì)通常分為分子式結(jié)構(gòu)介質(zhì)、離子式結(jié)構(gòu)介質(zhì),、不均勻結(jié)構(gòu)介質(zhì),。分子結(jié)構(gòu)中的中性電介質(zhì)如石蠟、聚乙烯等,，以及離子結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)如云母等,，其損耗主要由電導(dǎo)引起，因其電導(dǎo)很小,，所以介質(zhì)損耗也很小,。分子結(jié)構(gòu)中的極性電介質(zhì)，如纖維,、有機(jī)玻璃等,，介質(zhì)損耗較大，高頻下更嚴(yán)重,。其值與溫度的關(guān)系同極性液體介質(zhì),。
不均勻結(jié)構(gòu)的介質(zhì)，其損耗的大小取決于其中各成分的性能及數(shù)量間的比例,。
四,、介質(zhì)損耗在工程實際中的意義
(1)選擇絕緣材料。tanδ過大會引起介質(zhì)嚴(yán)重發(fā)熱,，加速絕緣劣化,。
(2)在電氣設(shè)備絕緣預(yù)防性試驗中，tanδ值的測量是基本的試驗項目,，可根據(jù)tanδ值的變化判斷電氣設(shè)備的絕緣品質(zhì),。通過測量tanδ與U的關(guān)系曲線還可判斷絕緣內(nèi)都是否發(fā)生局部放電。
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