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介紹液體電介質(zhì)極化,、電導和損耗特性,固體電介質(zhì)極化,、電導和損耗特性

來源:北京中航時代儀器設備有限公司   2024年04月06日 22:36  

一,、液體電介質(zhì)的極化、電導和損耗

1.液體電介質(zhì)的極化

相對介電系數(shù)εr是綜合反映電介質(zhì)極化特性的物理量,。常見液體介質(zhì)的相對介電系數(shù)見表TYBZ01403001-1,。

TYBZ01403001-1 常用液體介質(zhì)的相對介電系數(shù)

液體介質(zhì)

名稱

介電系數(shù)εr (工頻,20℃)

弱極性

變壓器油

2.2~2.5

硅有機液體

2.2~2.8

極性

蓖麻油

4.5

氯化聯(lián)苯

4.6~5.2

強極性

丙酮

22

酒精

33

81

液體介質(zhì)可分為弱極性,、極性,、強極性三種。弱極性的液體介質(zhì)的相對介電系數(shù)為1.8~2.8內(nèi),,主要有石油,、苯、四氯化碳,、硅油,、變壓器油等介質(zhì)。極性液體介質(zhì)的相對介電系數(shù)在3~6,如蓖麻油,、氯化聯(lián)苯,,若它們作為電容器的浸漬劑,可使電容器的電容量增大,,由于在交流電場中的介質(zhì)損耗較大,,不適合用作高壓電氣設備絕緣材料。強極性液體介質(zhì)的相對介電系數(shù)很大(εr10),,由于其電導很大,,故不適合用作絕緣材料

中航時代ZJD-87 (3)_副本.jpg


2.液體電介質(zhì)的電導

任何電介質(zhì)都不同程度地具有一定的導電性,,構(gòu)成液體電介質(zhì)電導的因素主要有兩種:離子電導和電泳電導,。

離子電導是由液體本身或雜質(zhì)的分子解離的離子決定,離子電導的大小和分子極性及液體的純凈程度有關,。

電泳電導是由固體或液體雜質(zhì)以高度分散狀態(tài)懸浮于液體中形成的膠體質(zhì)點吸附離子而帶電造成的,,變壓器油中懸浮的小水滴就構(gòu)成電泳電導。

表征電介質(zhì)導電性能的要物理量為電導率γ或其倒數(shù)電阻率ρ,。純凈的非極性液體電介質(zhì)的電阻率ρ可達1018Ω·cm,,弱極性電介質(zhì)的電阻率ρ可達1015Ω·cm。強極性液體如水,、乙醇等實際上已是離子性導電液了,,不能用作絕緣材料。表TYBZ01403001-2列出了某些液體的電導率,。

TYBZ01403001-2 液體電介質(zhì)的電導率γ

液休種類

液休名稱

溫度(℃)

電導率(S/cm)

純凈程度

變壓器油

80

0.5×10-12

未凈化的

80

2×10-15

凈化的

80

10-15

兩次凈化的

80

0.5×10-12

高度凈化的

三氯聯(lián)苯

80

10-11

工程上應用

蓖麻油

20

10-12

工程上應用

強極性

20

10-7

高度凈化的

乙醇

20

10-8

凈化的

溫度升高,,液體的電導率會迅速增加。液體電介質(zhì)電導率與溫度的關系為

image.png    TYBZ01403001-1)

式中A,、B——常數(shù),;

T——絕對溫度。

雜質(zhì)和水分對液體電介質(zhì)的絕緣性能影響較大,,電氣設備在運行中應采取措施去除雜質(zhì)和水分。

3.液體電介質(zhì)的損耗

中性液體(如氯化碳,、苯等)以及弱極性液體(如純凈的變壓器油)的損耗要來源于電導,,其損耗較小,約10-4數(shù)量級,,其損耗與溫度的關系也和電導相似,,

極性液體(如蓖麻油、氯化聯(lián)苯等)以及極性與中性液體的混合物(如電纜膠是松香和變壓器油的混合物)都具有電導和化兩種損耗,,其損耗和溫度有較復雜的關系,,如TYBZ01403001-1所示。在低溫時,極化損耗和電導損耗都較??;隨著溫度的升高,液體的黏度減小,,偶極子轉(zhuǎn)向極化增強,,電導損耗也在增大,所以總的tanδ亦上升,,并在T=T1時達到極大值,;在T1<T<T2的范圍內(nèi),由于分子熱運動的增強妨礙了偶極子沿電場方向的有序排列,,極化強度反而隨溫度的上升而減弱,,由于極化損耗的減小超過了電導損耗的增加,所以總的曲線隨T的升高而下降,,并在T=T2時達到極小值,。在T>T2以后,由于電導損耗隨溫度急劇上升,、極化損耗不斷減小而退居次要地位,,因而曲線就隨時間T的上升而持續(xù)增大。

image.png

在實踐中,,tanδ與溫度T的關系經(jīng)常用到(見表TYBZ01403001-3),,例如,配制黏性浸漬電纜的復合膠時,,要適當選擇松香和變壓器油的比例,,使tanδ的極大值不要出現(xiàn)在電纜工作的溫度范圍內(nèi)。

TYBZ01403001-3 工頻電壓下20℃時,,某些常用的液體的tanδ

電介質(zhì)

Tanδ%)

變壓器油

0.05~0.5

蓖麻油

1-3

二,、固體電介質(zhì)的極化、電導和損耗

1.固體電介質(zhì)的極化

常見的固體介質(zhì)的介電系數(shù)見表TYBZ0143001-4,。中性或弱極性介質(zhì)相對介電系數(shù)范圍通常在2.0~2.7,,主要有聚乙烯、聚丙烯,、聚四氟乙烯,、聚苯乙烯、石蠟,、石棉,、無機玻璃。極性介質(zhì)的相對介電系數(shù)一般為3~6,,甚至更大,,主要有樹脂,、纖維、橡膠,、蟲膠,、有機玻璃、聚氯乙烯和滌綸,。離子性介質(zhì)的相對介電系數(shù)一般在5~8,,主要有陶瓷、云母等,。

TYBZ01403001-4 常用液體介質(zhì)的介電系數(shù)

介質(zhì)種類

相對介電系數(shù)εr (工頻,,20℃)

中性或弱極性

石蠟

2.0~2.5

聚苯乙烯

2.5~2.6

聚四氦乙烯

2.0~2.2

松香

2.5~2.6

瀝青

2.6-2.7

極性

纖維素

6.5

4.5

聚氯乙烯

3.0~3.5

瀝青

2.6~2.7

離子性

云母

5~7

陶瓷

5.5~6.5

2.固體電介質(zhì)的電導

固休介質(zhì)具有體積電導和表面電導。休積電導是由固體介質(zhì)本身的離了和雜質(zhì)離子構(gòu)成,,且雜質(zhì)電導起主要作用,。表面電導主要是附著于介質(zhì)表面的水分和污物引起的,其電導的大小受外界因素和介質(zhì)吸附水分的能力有關,。按水滴在介質(zhì)表面的浸潤情況分為憎水性和親水性兩大類,,石蠟、硅橡膠,、氟塑料,、硅樹脂等都屬于憎水性材料,云母,、陶瓷屬于親水性材料,。采用使介質(zhì)表面潔凈、干燥或涂數(shù)石蠟,、有機硅,、絕緣漆等材料,可減小表面電導,。

對于固體電介質(zhì),,常用絕緣電阻的大小來反映絕緣性能的優(yōu)劣。由于表面電阻會受表面臟污或受潮的影響而減小,,從而影響電介質(zhì)內(nèi)在絕緣性能好壞的判斷,,所以在測量中要采取擦拭試品、加屏蔽環(huán)等措施消除表面電阻對絕緣電阻測量值的影響,。

3.固體電介質(zhì)的損耗

固體介質(zhì)種類較多,,它們的損耗情況也比較復雜,現(xiàn)分別介紹如下,。

(1)無機絕緣材料,。在電氣設備中常用的這一類材料有云母,、陶瓷,、玻璃等,,它們都是離子式結(jié)構(gòu)晶體材料,但又可分為結(jié)晶態(tài)(云母,、陶瓷等)和無定形態(tài)(玻璃等)兩大類,。

云母主要是電導引起的損耗,介質(zhì)損耗值較小,,絕緣性能優(yōu)良,、耐高溫性能好,是理想的電機絕緣材料,。其缺點是機械性能差,,需先用黏合劑和增強材料加工成云母制品,然后才能付諸使用,。

電工陶瓷(簡稱電瓷)既有電導損耗,,也有極化損耗。20℃和50Hz下電瓷的tanδ=2%~5%,。不同成分的陶瓷,,其值也相差懸殊。含有大量玻璃相的普通電瓷的tanδ較大,,而以結(jié)晶相為主的超高頻電瓷的tanδ很小,。

玻璃也具有電導損耗和極化損耗,總的介質(zhì)損耗大小與玻璃的成分有關,,含堿金屬氧化物(Na2O,、K2O等)的玻璃損耗較大,加入重金屬氧化物(BaO,、PbO等)能使堿玻璃的損耗下降一些,。

(2)有機絕緣材料,它們又可分為非極性和極性兩大類,。

1)石蠟,、聚乙烯、聚苯乙烯,、聚四氟乙烯等都是非極性有機電介質(zhì),,其損耗主要由電導引起,而其電導極小,,所以介質(zhì)損耗也較小,,它們的“tanδ一溫度”特性由“電導率一溫度特性來決定,tanδ與頻率的關系很小,,例如,,在-80~+100℃的溫度范圍內(nèi),聚乙烯的tanδ變化范圍只有0.01%~0.02%,。這種優(yōu)良的絕緣特性可保持到高頻的情況,,再加上它具有很高的化學穩(wěn)定性,,具有彈性、不吸潮,、機械加工簡便等優(yōu)點,,使它成為很好的固體介質(zhì),可用來制造高頻電纜,、海底電纜,、高頻電容器等。聚乙烯的缺點是耐熱性能較差,,溫度較高時會軟化變形,。沖擊測量用的電纜就是用聚乙烯絕緣的。

2)聚氯乙烯,、纖維板,、酚醛樹脂、有機玻璃,、膠木,、絕緣紙等均屬于極性有機電介質(zhì),顯著的極化損耗使這一類電介質(zhì)具有較大的介質(zhì)損耗,,它們的tanδ約為0.1%~1.0%,,甚至更大。其“tanδ一溫度”及“tanδ一頻率”關系均與前面介紹過的極性液體介質(zhì)相似,。

油浸紙絕緣等,,它們的損耗取決于其中各成分的性能和數(shù)量間的比例。在表TYBZ01403001-5中列出了某些常用固體電介質(zhì)在工頻電壓20℃時的tanδ值,。

TYBZ01403001-5 工頻電壓下20℃時常用固體電介質(zhì)的tanδ

電介質(zhì)

Tanδ%)

電介質(zhì)

Tanδ%)

新青云母帶

0.2~1

交聯(lián)聚乙烯

0.02~0.05

電瓷

2~5

集苯乙烯

0.01~0.03

油浸電續(xù)紙

0.5~8

聚四氟乙烯

0.02

環(huán)氧樹脂

0.2~1

聚氯乙烯

5~10

聚乙烯

0.01~0.02

酚醛樹脂

1~10



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