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(chēng)為介質(zhì)損耗,，簡(jiǎn)稱(chēng)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(guò)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(guò)一定值時(shí)才會(huì)出現(xiàn),，并且隨電壓開(kāi)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(huì)出現(xiàn),。

當(dāng)外加電壓低于發(fā)生局部放所需的電壓時(shí),，在直流電壓作用下，因介質(zhì)中沒(méi)有周期性的極化過(guò)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(wú)能量損耗的極化，支路中流過(guò)的電流i_c稱(chēng)為電容電流：r_g支路表示電導(dǎo)引起的損耗,，支路中流過(guò)的電流i_g稱(chēng)為電導(dǎo)電流或泄漏電流,；r_a—C_a支圖表示有能量損耗的極化，支路中流過(guò)的電流i_a稱(chēng)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(jì)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(shí)，流過(guò)介質(zhì)的電流包含有功分量I_R和無(wú)功分量I_C,。把功率因數(shù)角φ的余角δ稱(chēng)為介質(zhì)損失角,，則tanδ=I_R/I_C=1/ωCR。介質(zhì)上所加電壓與流過(guò)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 I_R =U I_C tanδ=U²ωC_ptanδ     (TYBZ01401003-1)

從式(TYBZ01401003-1)可知,，P值與試驗(yàn)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(lái)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(wú)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(huì)增大。故對(duì)同類(lèi)型被試品絕緣的優(yōu)劣,，可以通過(guò)tanδ值的大小來(lái)判斷,。

需要說(shuō)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(shí)介質(zhì)損耗本身也是導(dǎo)致絕緣老化和損壞的一個(gè)原因,，因?yàn)?/span>介質(zhì)損耗將引起絕緣內(nèi)部發(fā)熱,，溫度開(kāi)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(duì)于運(yùn)行中的電氣設(shè)備,，應(yīng)監(jiān)測(cè)其介質(zhì)損耗的變化趨勢(shì),，這對(duì)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(duì)tanδ的影響很大,，在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí),，電源頻率變化很微小，可認(rèn)為頻率對(duì)tanδ沒(méi)有影響,。

(2)溫度對(duì)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(shí),，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(chǎng)強(qiáng)較小)時(shí),，tanδ與電壓無(wú)關(guān)當(dāng)介質(zhì)中含有氣泡時(shí)，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(cè)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(shí)，氣體中的損耗主要是電導(dǎo)損耗,，損耗極小,，可忽略不計(jì)。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(guò)起始游離電壓U₀ 

時(shí),，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(chǎng)的關(guān)系和電導(dǎo)相似：溫度升高,，tanδ增大,。電場(chǎng)強(qiáng)度小于某定值時(shí)， tanδ接近為一常數(shù),，電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)某定值時(shí),，tanδ隨電場(chǎng)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(shí)際中的意義

(1)選擇絕緣材料,。tanδ過(guò)大會(huì)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(yàn)中,，tanδ值的測(cè)量是基本的試驗(yàn)項(xiàng)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(guò)測(cè)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,。