69久久国产露脸精品国产 介质损耗因子、介质损耗角正切基本概念与影响因素

一、介质损耗的基本概念

1. 介 质损耗

电介质在电场作用下 ( 加 电压 后)，要发生极化过程和电导过程。有损极化过程有能量损耗；电导过程中，电学性 泄漏 电流流过 绝缘电阻 当然也有能量损耗。损耗程度一般用单位时间内损耗的能量，即损耗功率表示。这种电介质出现功率损耗的过程称为 介质 损耗 。显然， 介质损耗 过程随极化过程和电导过程同时进行。 介质损耗 掉的能量 (电能)变成了热能，使电介质温度升高。若 介质损耗 过大，则电介质温度将升得过高，这将加速电介质的热分解与老化，最终可能导致 绝缘 性能的失去，所以研究 介质损耗 有十分重要的意义。

2. 介 质损耗 的基本形式

(1)电导损耗。电导损耗为电场作用下由泄漏电流引起的那部分损耗。泄漏电流与电场频率无关，故这部分损耗在直流交流下都存在。气体 电 介质以及 绝缘 良好的液、固体电介质，电导损耗都不大。液、固体电介质的电导损耗随温度升高而按指数规律增大。

(2)极化损耗。极化损耗为偶极子与空 间 电荷极化引起的损耗。在直流 电压 作用下，由于极化过程仅在 电压 施加后很短时间内存在，与电导损耗相比可忽路。而在交流 电压 作用下，由于电介质随交流 电压 极 性的周期性改变而作周期性的正向极化和反向极化，极化始终存在于整个加压过程之中。极化损耗在频率不太高时随频率升高而增大。但频率过高时，极化过程反而减弱，损耗减小。极化损耗与温度也有关，在某一温度下极化 损 耗达最大。

(3)游离损耗，游离损耗主要是指气体间隙的电晕放电以及液、固体介质内部气泡中局部放 电 所造成的损耗。这是因为放电时，产生带电粒子需要游离能， 放 电时出现光 、 声、热、化学效应也要消耗能量 。 游离能随电场 强度 的增大而增大。

二、介质损失角正切 tan δ

由上可见，在直流 电压 作用下， 介质损耗 主要为电导损耗，因此，电导率 γ 或 电阻率 ρ 既表示介质电导的特性，同时也表征了 介质损耗 的特性。但在交流 电 压 作用下， 三 种形式的损耗都存在，为此 需 引 入 一个新的物理 量来 表征 介质损耗 的特性，这个物理量就是tan δ 。

1.并联等值电路及 损 耗功率的计算公式

电介质两端施加一交流 电压 时，就有电流I 流过介质。I 有三个电流分量组成

式中 ——电导过程的电流，为阻性电流，与 同相位；

——无损极化和有损极化时的电流 。

对应的等值电路如图 2-9(a)所示，此等值电路可进一步简化成如图2-9(b)所示的由R和C _p 相并联的等值电路。此并联等值电路的 相 量图如图2-9(c)所示。我们定义功率因数角 θ 的余角为 δ 角。由相量图可见， 介质损耗 功率越大，I _R 越大， δ 角也越大，因此 δ 角称为介质损失角。

对此并联等值电路，可写出 介质损耗 功率 P的计算公式

当然，图 2-9(b)的电路也可以简化成由r和C _s 相串联的等值电路，可以证明

当 tan δ 很小时， C _s ≈ C

对于串联等值电路，同样可以推出损耗功率的计算公式

2.tan δ 值的意义

从 介质损耗 功率 P的计算公式看，我们若用P来 表 征 介质损耗 的程度是不方便的，因为P值与试验 电压 U的高低、试验 电压 的角频率 ω ( ω =2 Π f)、电介质等值电容量C _p  (或C _s )以及tan δ 值有关。而若在试验 电压 、频率、电介质尺寸一定的情况下，那么 介质损耗 功率仅取决于 tan δ ，换句话说，也就是tan δ 是与 电压 、频率、 绝缘 尺寸无关的量，它仪取决于电介质的损耗特性。所以 tan δ 是表征 介质损耗 程度的物理量，与 ε _r 、 γ 相当。这样,我们可以通过 试验测量 电介质的tan δ 值，并以此来判断 介质损耗 的程度。各种结构固 体 电介质的tan δ 如表2-2所示。

表 2-2 各种结构固体电介质的tan δ 值

(1MHz，20℃时)

三、影响  tan δ 的因素

影响 tan δ 值的因素主要有温度、频率和 电压 。

1.温度对tan δ 值的影响随电介质分子结构的不同有显著的差异

中性或弱极性介质的损耗主要由电导引起，故温度对 tan δ 的影响与温度对电导的影响相似，即tan δ 随温度的升高而按指数规律增大，且tan δ 较小。

极性介质中，极化损耗不能忽略， tan δ 值与温度的关系如图2-10所示。当温度在t< t ₁ 时，由于温度较低，电导损耗与极化损耗都小，电导损耗随温度升高而略有增大，而极 化损耗随温度升高也增大 (黏滞性减小，偶极子转向容易)，所以tan δ 随温度升高而增大。当温度在t ₁ ＜t＜t ₂ 时，温度已不太低，此时分子的热运动反而妨碍偶极子沿电场方向作有规则的排列，极化损耗随温度升高而降低，而且降低的程度又要超过电导损耗随温度升高的程度，因此tan δ 随温度升高而减小。当温度在t＞t ₂ 时，温度已很高，电导损耗已占主导地位，tan δ 又随温度升高而增大。

2.频率对tan δ 的影响主要体现于频率对极化损耗的影响

tan δ 与频率的关系如图2-11所示。在频率不太高的一定范围内，随频率的升高，偶极子往复转向频率加快，极化程度加强， 介质损耗 增大，tan δ 值增大。当频率超过某一数值后，由于偶极子质量的惯性及相互间的摩擦作用，来不及随 电压 极性的改变而转向，极化作用减弱，极化损耗下降，tan δ 值降低。

3. 电压 对tan δ 的影响主要表现为电场 强度 对tan δ 值的影响

在电场 强度 不很高的一定范围内，电场 强度 增大 (由于 电压 升高)， 介质损耗 功率变大，但tan δ 几乎不变。当电场 强度 达到某一较高数值时，随着介质内部不可避免存在的弱点或

气泡发生局部放电， tan δ 随电场 强度 升高而迅速增大。因此，在较高 电压 下测tan δ 值，可 以检查出介质中夹杂的气隙、分层、龟裂等缺陷来。

此外，湿度对暴露于空气中电介质的 tan δ 影响也很大。介质受潮后，电导损耗增大，tan δ 也增大，例如 绝缘 纸中水分含量从4%增加到10%，tan δ 值可增大100倍。然而，假 如 tan δ 值的测试是在温度低于0～5℃时进行，含水量增加tan δ 反而不会增大，这是因为此 时介质中的水分已凝结成冰，导电性又变差，电导损耗变小的缘故。为此，在进行 绝缘 试验 时规定被试品温度不低于+5℃，这对tan δ 的测试尤为重要，

在工程实际中，通过 tan δ 以及tan δ = f(u)曲线的测量及判断，对监督 绝缘 的工作状况 以及老化的进程有非常重要的意义。