【正文】 其介電常數(shù)分別為、電容量CC2。216。 強(qiáng)極性液體的很大（10），如酒精、水等，但這類液體介質(zhì)的電導(dǎo)也很大，所以不能用做絕緣材料。 非極性(或弱極性)~，變壓器油等礦物油屬此類。因此，這種性質(zhì)的極化只有在低頻時(shí)才有意義。夾層極化的特點(diǎn)：216。當(dāng)介質(zhì)受潮，電導(dǎo)增大，t 將大大降低，極化速度加快。吸收過程：由于夾層的存在，使得在介質(zhì)分界面上出現(xiàn)吸收電荷，整個(gè)介質(zhì)的等值電容增大，這一過程稱為吸收過程。也即CC2上電荷要重新分配。在圖中，每層介質(zhì)的面積及厚度均相等，外電壓為直流電壓U0：n 在合閘瞬間，兩層之間的電壓U與各層的電容成反比（突然合閘的瞬間相當(dāng)于很高頻率的電壓），即 (14)n 到達(dá)穩(wěn)定時(shí)，各層電壓與電阻成正比，即與電導(dǎo)成反比，即 (15)n 如介質(zhì)是單一均勻的，則er1 = er2，C1 = C2，G1 = G2，則 (16)即合閘后，兩層介質(zhì)之間不會(huì)產(chǎn)生電壓重新分配過程。4) 夾層極化以上是單一介質(zhì)的情況。216。 偶極子極化是非彈性的，因?yàn)闃O化時(shí)極性分子旋轉(zhuǎn)時(shí)克服分子間的吸引力而消耗的電場(chǎng)能量在復(fù)原時(shí)不可能收回；216。例如蓖麻油、氯化聯(lián)苯、橡膠、膠木、纖維素等均是常用的極性絕緣材料。 溫度對(duì)離子式極化的影響，存在著相反的兩種因素：即離子的結(jié)合力隨溫升升高而降，使極化程度增強(qiáng)；但溫度升高，離子的密度減小，極化程度降低。離子式位移極化有如下特點(diǎn)：216。 溫度對(duì)電子式極化的影響極小，隨溫度上升略有降低，但工程上可忽略溫度的影響。 電子式位移極化有以下特點(diǎn)：216。各種氣體的er均接近于1，而常用的液、固體介質(zhì)的er 則各不相同，多在2~6之間，且和溫度、電源頻的不同而各不相同，并和各種極化形式有關(guān)。190。極板距離，cm； e0190。平行平板電容器在真空中的電容量為 (11)式中 A190。平行平扳電容器放在密閉容器內(nèi)：216。第 1 講 《電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和損耗特性（1）》一、 教學(xué)目標(biāo)1. 了解電介質(zhì)介電常數(shù)的物理意義；2. 掌握電介質(zhì)極化的基本形式和極化特性；3. 掌握電介質(zhì)極化的等值電路；4. 了解相對(duì)介電常數(shù)在工程應(yīng)用上的意義。第十七講 《雷電及防雷設(shè)備》167。第十三講 《實(shí)驗(yàn)三：沖擊高壓放電》 167。第九講 《電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)（1）》 167。第五講 《氣隙的擊穿特性（1）》 167。第一講 《電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和損耗特性（1）》 167。第二講 《電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和損耗特性（2）》 167。第六講 《氣隙的擊穿特性（2）》 167。第十講 《電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)（2）》 167。第十四講 《實(shí)驗(yàn)四：液體電介質(zhì)擊穿實(shí)驗(yàn)》 167。第十八講 《輸電線路的防雷保護(hù)》167。二、 教學(xué)重點(diǎn)四種基本極化形式，各自的特點(diǎn)和影響因素。 抽成真空，然后在極板上施加直流電壓U。190。190。 介質(zhì)的介電常數(shù)顯然，C C0。2. 極化的形式極化的類型很多，基本形式有以下四種：1) 電子式位移極化任何介質(zhì)都是由原子組成，原子為帶正電荷的原子核和帶負(fù)電荷的外層電子組成，其電荷量相等，且正負(fù)電荷作用中心重合，對(duì)外不顯電性。 電子式位移極化存在于一切介質(zhì)中；216。2) 離子式位移極化固體有機(jī)化合物多屬離子式結(jié)構(gòu)，如云母、陶瓷、玻璃等材料。 離子式極化與電子式極化一樣，也屬?gòu)椥詷O化，幾乎無損耗；216。其中以第一種因素影響較大，所以其一般具有正的溫度系數(shù)。單個(gè)偶極子雖具有極性，但無電場(chǎng)時(shí)，整個(gè)介質(zhì)分子處于不停的熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，宏觀上是正負(fù)電荷是平衡的，對(duì)外不顯電性。 極化所需時(shí)間較長(zhǎng)，為1010~102 s。 溫度對(duì)極性介質(zhì)的有很大影響。在高壓設(shè)備中常應(yīng)用多種介質(zhì)絕緣，如電纜、電容器、電機(jī)和變壓器繞組等，兩層介質(zhì)中常夾有油層、膠層等，這時(shí)在介質(zhì)的分界面上產(chǎn)生“夾層極化”現(xiàn)象。n 如介質(zhì)不均勻，即，C1 185。設(shè)C1 C2，G1G2：t = 0時(shí)，U1U2 ；t 174。夾層極化：吸收過程完畢，極化過程結(jié)束，因而該極化稱為夾層極化。假如外加電壓頻率高，因電荷來不及動(dòng)作而無此極化。 夾層極化是是非彈性的，且有能量損耗的。3. 電介質(zhì)的介電常數(shù)1) 氣體介質(zhì)的介電常數(shù)由于密度很小，也即單位體積內(nèi)所含分子的數(shù)目很少，所以不論是非極性氣體還是極性氣體，其均很小，在工程上可近似地認(rèn)為其等=1。216。3) 固體介質(zhì)的的介電常數(shù)216。 極性介質(zhì)：用作高壓設(shè)備絕緣材料，如酚醛樹脂、纖維、橡膠、有機(jī)玻璃、聚氯乙烯等，這類電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)較大，一般為3~6，還可能更大。 幾種電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)和電導(dǎo)率材料類別名稱相對(duì)介電常數(shù)er（工頻，20℃）電導(dǎo)率（20℃，W2當(dāng)施加交流電壓U后，若略去材料的電導(dǎo)不計(jì)，則有： 雙層電介質(zhì) (18) (19)由此可得： (110) (111)而E1d1 = E2d2 = U所以 (112) (113)則 (214)由上式可知，雙層串聯(lián)介質(zhì)結(jié)構(gòu)中的電場(chǎng)強(qiáng)度是不相同的，與絕緣材料的介電常數(shù)成反比，即在介電常數(shù)小的材料中承受較大的電場(chǎng)強(qiáng)度。3. 材料的介質(zhì)損耗與極化形式有關(guān)，而介質(zhì)損耗是影響絕緣劣化和熱擊穿的一個(gè)重要因數(shù)。第 2 講 《電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和損耗特性（2）》一、 教學(xué)目標(biāo)5. 了解電介質(zhì)產(chǎn)生電導(dǎo)的機(jī)理6. 了解影響電介質(zhì)電導(dǎo)的因素；7. 掌握介質(zhì)損耗的基本概念；8. 了解損耗隨溫度、頻率變化規(guī)律。因而任何電介質(zhì)都具有電導(dǎo)。 介質(zhì)中的雜質(zhì)在電場(chǎng)作用下離解成沿電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)而形成的電導(dǎo)。： (21)這個(gè)電阻值包括了絕緣介質(zhì)的體積絕緣電阻和表面絕緣電阻 (22)式中 R1——體積絕緣電阻； R2——表面絕緣電阻。以后如不加以特殊說明，絕緣電阻均指體積絕緣電阻。當(dāng)介質(zhì)中出現(xiàn)自由電子構(gòu)成的電子電流時(shí)，表明介質(zhì)即將擊穿或已擊穿，此時(shí)介質(zhì)不能再作絕緣體，這時(shí)絕緣電阻值將急劇下降。 ip由介質(zhì)的有損極化過程（空間電荷極化等緩慢極化）所決定，又稱吸收電流。其中：216。7) 工程介質(zhì)電導(dǎo)的性質(zhì)n 氣體介質(zhì)電導(dǎo)氣體電導(dǎo)主要是電子電導(dǎo)在工程中使用得最多的是空氣，其帶電質(zhì)點(diǎn)來源主要有兩方面：i. 一是外界紫外線、宇宙射線等照射，產(chǎn)生游離,離子濃度約為500~1000對(duì)/cm3；ii. 二是在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，氣體中電子的碰撞游離。5180。當(dāng)外加電壓小于擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，空氣的電導(dǎo)率很小的，為1015~1016（W1極性和強(qiáng)極性液體介質(zhì)，其分解作用很強(qiáng)，離子數(shù)多，電導(dǎo)很大；一般情況下，不能作絕緣材料。ii. 電子電導(dǎo) 當(dāng)電場(chǎng)很高時(shí)，由于碰撞游離和陰極電子發(fā)射，電子電導(dǎo)急增，預(yù)示絕緣接近擊穿。采取使介質(zhì)表面洗凈、光潔、烘干、或表面涂以石蠟、絕緣漆、有機(jī)硅等措施，可以降低介質(zhì)表面電導(dǎo)。如絕緣良好，則Rlk和Rp的值都比較大，這就不僅使穩(wěn)定的絕緣電阻值（就是Rlk的值）較高，而且要經(jīng)過校長(zhǎng)的時(shí)間才能達(dá)到此穩(wěn)定值（因中間串聯(lián)支路的時(shí)間常數(shù)較大)。受潮時(shí)；2 190。有時(shí)需要作表面防潮處理，如在膠布（或紙）筒外表面刷環(huán)氧漆，絕緣子表面涂硅有機(jī)物或地蠟等。 電導(dǎo)引起的損耗 在直流電壓下，由于無周期性極化過程，因此，當(dāng)外施電壓低于發(fā)生局部放電電壓時(shí)，介質(zhì)中損耗仍由電導(dǎo)引起，此時(shí)用絕緣電阻這一物理量就足以表達(dá)，216。190。電源提供的視在功率為： (27)由圖26（c）所示的功率三角形可見，介質(zhì)損耗為： (28)用介質(zhì)損耗P來表示介質(zhì)品質(zhì)好壞是不方便的 P值與試驗(yàn)電壓的平方和電源頻率成正比，與試品尺寸、放置位置有關(guān)，不同試品之間難以進(jìn)行比較。2) 有損介質(zhì)的并聯(lián)、串聯(lián)等值電路 可以用一個(gè)無損耗的理想電容和一個(gè)有效電阻并聯(lián)或串聯(lián)來表示，如圖27所示。但由于絕緣的tgd 一般很小，1+tg2d 187。3) 工程介質(zhì)介質(zhì)損耗的性質(zhì)n 氣體電介質(zhì)中的損耗氣體電介質(zhì)的極化率是極小的。所以常用氣體(如空氣，N2；C02，SF6等）作為標(biāo)準(zhǔn)電容器的介質(zhì)。所以常用浸油、充膠等措施來消除固體介質(zhì)中的氣泡。n 液體電介質(zhì)中的損耗216。介質(zhì)損耗與溫度、電場(chǎng)強(qiáng)度等因素的關(guān)系也就決定于電導(dǎo)與這些因素之間的關(guān)系，一般如圖29和圖210所示。圖211松香油的tgd 與溫度的關(guān)系 圖212極性電介質(zhì)中的損耗與頻率的關(guān)系圖211表示松香油的tgd 與溫度的關(guān)系。電源頻率增高時(shí)，偶極子回轉(zhuǎn)煩率和偶極損耗功率也隨之增高；與此同時(shí)，隨著頻率的升高，偶極式極化不充分，使介電常數(shù)減小，電容電流不能與頻率成正比例增長(zhǎng)。根據(jù)其結(jié)構(gòu)，可分為分子式結(jié)構(gòu)、離子式結(jié)構(gòu)、不均勻結(jié)構(gòu)和強(qiáng)極性介質(zhì)4類。中性介質(zhì) 如石蠟、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚四氯乙烯等，其損耗主要由電導(dǎo)引起，通常很小，在高頻下也可使用。結(jié)構(gòu)緊密的不含雜質(zhì)的離子晶體，如云母，其tgd 主要是由電導(dǎo)引起，tgd 極小，且云母的電氣強(qiáng)度高，耐熱性能好，耐局部放電性能也好，故云母是優(yōu)良的絕緣材料，在高頻下也可使用。不均勻介質(zhì)損耗是很復(fù)雜的，但它又具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。4) 討論介質(zhì)損耗的意義n 設(shè)計(jì)絕緣結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)注意到絕緣材料的tgd 值。當(dāng)絕緣受潮劣化或含有雜質(zhì)時(shí)，tgd 將顯著增加，絕緣內(nèi)部是否存在局部放電，可通過測(cè)tgd ~U的關(guān)系曲線加以判斷。第 4 講 《氣體放電的物理過程》一、 教學(xué)目標(biāo)9. 掌握氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生中四種電離形式的機(jī)理和帶電質(zhì)點(diǎn)消失的機(jī)理。四、 教學(xué)內(nèi)容和要點(diǎn)7. 四種電離形式的機(jī)理（1） 碰撞電離當(dāng)電子從電場(chǎng)獲得的動(dòng)能等于或大于氣體分子的電離能時(shí)，就有可能因碰撞而使氣體分子分裂為電子和正離子，即電子的能量滿足條件 （31）碰撞電離的形成與電場(chǎng)強(qiáng)度和平均自由行程的大小有關(guān)（2） 光電離光當(dāng)氣體分子受到光輻射作用時(shí)，如光子能量滿足下列條件即可產(chǎn)生光電離。 高溫下高能熱輻射光子引起的光電離。逸出的電子有一個(gè)和正離子結(jié)合成為原子，其余的成為自由電子。 強(qiáng)場(chǎng)放射（冷放射） 當(dāng)陰極附近所加外電場(chǎng)足夠強(qiáng)時(shí)，使陰極放射出電子。帶電質(zhì)點(diǎn)的消失主要有三種方式。表面電離系數(shù)γ：每個(gè)正離子碰幢陰極表面平均釋放出的自由電子數(shù)。190。 正流注：當(dāng)外施電壓達(dá)到擊穿電壓時(shí)，電子崩走完整個(gè)間隙后，頭部空間電荷密度很大，大大加強(qiáng)了后部的電場(chǎng)，并向周圍放射出大量光子，這些光子引起了空間光電離，形成二次電子崩，二次電子崩匯入主電子崩形成正、負(fù)帶電質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成的等離子體——流注，并由正電極向負(fù)電極發(fā)展。190。 負(fù)流注：當(dāng)外施電壓比擊穿電壓高，主電子崩不需經(jīng)過整個(gè)間隙，其頭部電離程度已足于形成流注。起始電子崩（主電子崩）； 2190。流注（3） 流注理論的適用范圍流注理論可以解釋場(chǎng)遜理論不能說明的Pd很大時(shí)的放電現(xiàn)象。216。 棒—板間隙中空間電荷對(duì)外電場(chǎng)的畸變作用Eex—外電場(chǎng) Esp—空間電荷的電場(chǎng)12. 長(zhǎng)間隙擊穿過程中的先導(dǎo)放電正棒—負(fù)板間隙中先導(dǎo)通道的發(fā)展（ａ）先導(dǎo)和其頭部的流注ｋｍ；（ｂ）流注頭部電子崩的形成；（ｃ）ｋｍ由流注轉(zhuǎn)變?yōu)橄葘?dǎo)和形成流注ｍｎ；（ｄ）流注頭部電子崩的形成；間隙距離較長(zhǎng)時(shí)(如棒—板間隙還離大于1米時(shí))，在流注通道還不足于貫通整個(gè)間隙的電壓下，仍可能發(fā)展起擊穿過程。13. 電暈放電電暈放電現(xiàn)象是在極不均勻電場(chǎng)中，大曲率電極附近發(fā)生的空氣間隙局部電離放電的現(xiàn)象。氣體放電過程中的光、聲、熱等效應(yīng)以及化學(xué)反應(yīng)等都能引起能量損失。例如電暈可削弱輸電線上雷電沖擊電壓波的幅值及陡度；可以利用電暈放電改善電場(chǎng)分布，提高擊穿電壓以及利用電暈放電除塵等。五、 采用的教學(xué)方法和手段教學(xué)方法：《講述法》教學(xué)手段：《動(dòng)畫和掛圖投影》167。四、 教學(xué)內(nèi)容和要點(diǎn)15. 氣隙的擊穿時(shí)間 最低靜態(tài)擊穿電壓U0 長(zhǎng)時(shí)間作用在間隙上能使間隙擊穿的最低電壓。216。放電時(shí)延 ，短間隙、長(zhǎng)間隙的放電發(fā)展時(shí)間和放電時(shí)延的不同。 非持續(xù)作用電壓 包括操作沖擊電壓和雷電仲擊電壓。103)s＝107V/s，放電時(shí)延是106s，則可得DU只不過10V左右，和50kV相比，完全可以忽略不計(jì)。電壓較低時(shí)，擊穿發(fā)生在波尾。放電時(shí)間具有分散性，于是每級(jí)電壓下可得一系列放電時(shí)間，實(shí)際上伏秒特性是以上、下包線為界的一個(gè)帶狀區(qū)域，如圖所示。 空氣密度修正系數(shù)kd （52）216。 空氣間隙的擊穿電壓(峰值)相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式為： （55）式中 d 190。 空氣相對(duì)密度。 不能形成穩(wěn)定的電暈放電；216。球—球間隙極性效應(yīng)：當(dāng)d＞D/4，大地對(duì)電場(chǎng)的畸變作用使間隙電場(chǎng)分布不對(duì)稱：電場(chǎng)最強(qiáng)的電極為負(fù)極性時(shí)的擊穿電壓略低于正極性時(shí)的數(shù)值 電場(chǎng)均勻程度影響：同一間隙距離下，球電極直徑越大，擊穿電壓也越高 照射效應(yīng)：增大氣隙中出現(xiàn)有效電子的概率，減小擊穿電壓的分散性20. 不均勻電場(chǎng)氣隙的擊穿電壓1) 總的特點(diǎn)216。 直流、工頻及沖擊擊穿電壓間的差別比較明顯，且分散性較大。 擊穿在棒的極性為正、電壓達(dá)到幅值時(shí)發(fā)生；216。 在圖所示范 圍內(nèi)擊穿電壓和間隙距離呈直線關(guān)系；216。 極性效應(yīng)：正極性下50％擊穿電壓比負(fù)極性下低，所以也更危險(xiǎn)；2