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)ε_r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,。

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

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(ε_r＞10),，由于其電導很大,，故不適合用作絕緣材料。

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,。

表TYBZ01403001-2 液體電介質(zhì)的電導率γ

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

   （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)都具有電導和極化兩種損耗,，其損耗和溫度有較復雜的關系,，如圖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。

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)。

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

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,。

表TYBZ01403001-4 常用液體介質(zhì)的介電系數(shù)

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，故介質(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)在工頻電壓下20℃時的tanδ值,。

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