交變電場中電介質(zhì)的損耗-計漏電導(dǎo)的損耗概要.ppt

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1、復(fù)介電常數(shù)介質(zhì)損耗弛豫現(xiàn)象德拜方程弛豫機制介質(zhì)損耗與溫度的關(guān)系考慮漏電導(dǎo)時的介質(zhì)損耗第四章交變電場中電介質(zhì)的損耗計及漏電導(dǎo)時的介質(zhì)損耗推導(dǎo)Kramers-Kronig關(guān)系式及德拜方程式時，當(dāng)時聲明：暫不計及漏導(dǎo)電流及漏導(dǎo)損耗。但是，實際電介質(zhì)，受外電場作用時，除了由弛豫導(dǎo)致電流密度外；也有漏電導(dǎo)電流密度，這樣，綜合電介質(zhì)中電流密度各種貢獻.實際電介質(zhì)中電流矢量圖將如圖4-21所示。圖4-21實際電介質(zhì)中的電流矢量產(chǎn)生損耗的有功電流密度包括如下兩個分量：jlp弛豫過程產(chǎn)生的有功電流密度；jlc漏導(dǎo)引起的電流密度。不產(chǎn)生損耗的無功電流密度也有兩個分

2、量：jcc由位移極化產(chǎn)生的純電容電流；jcp由弛豫過程(極化)產(chǎn)生的電容電流。圖4-21實際電介質(zhì)中的電流矢量于是，在計及了漏電導(dǎo)時，有定義式，有：介質(zhì)損耗角正切為：式中，γ是介質(zhì)的電導(dǎo)率。jlp對應(yīng)弛豫貢獻的電流jlc對應(yīng)漏導(dǎo)貢獻的電流4-129參見公式（4-11）4-11如果計及德拜方程(式4-73和式4-74)，并注意到式(4-86)，便有：4-130比較較德拜方程：計及漏電導(dǎo)時的介質(zhì)損耗：計及漏電導(dǎo)的介質(zhì)損耗變得復(fù)雜了。不計漏電導(dǎo)的介質(zhì)損耗普遍情況中的一個特例。特殊地，介質(zhì)電導(dǎo)率γ很小，漏導(dǎo)電流可以忽略時，式(4-130)轉(zhuǎn)為式(4-7

3、5)，損耗全部由弛豫過程引起。4-1304-75（1）對靜電場ω＝0，由(4-130)可知，tgδ→∞。表示靜電場中，tgδ是沒有物理意義的，tgδ只是介質(zhì)在ω≠0交變電場中的物理參數(shù)。1)tgδ與頻率的關(guān)系4-130（2）當(dāng)頻率很低時含有ω2τ2或ω2τ的項可以略去，故損耗主要由漏導(dǎo)電流引起，此時有：由此可見：在低頻段，tgδ隨頻率升高成反比地下降。4-1314-130（3）當(dāng)頻率較高時tgδ與ω的關(guān)系基本上服從于圖4-9(c)所示變化規(guī)律。圖4-9(a)與頻率的關(guān)系;(b)與頻率的關(guān)系；(c)與頻率的關(guān)系電導(dǎo)損耗所占比例逐步增加時，tgδ弛

4、豫最大值不顯著；當(dāng)γ值很大時，tgδ的極大值有可能完全被淹沒。tgδ與頻率的關(guān)系分別如圖4-22(a)和圖4-23(a)所示。圖4-22計及漏導(dǎo)損耗圖4-23電導(dǎo)率不同的損耗（1）當(dāng)溫度很高時電導(dǎo)率γ變得很高，式(4-130)中其余各項影響相對很小，故此時tgδ的表達式仍適用于式(4-131)，即：2)tgδ與溫度的關(guān)系而γ與溫度的關(guān)系是：γ＝A因此，當(dāng)主要考慮電導(dǎo)的影響時，tgδ隨溫度升高指數(shù)式增大。tgδ＝?rs（2）當(dāng)溫度很低或較低時由于γ值小，電導(dǎo)引起損耗的比例相對較小，介質(zhì)損耗主要決定于弛豫過程：一定額率下于某個溫度出現(xiàn)tgδ的極大值

5、；當(dāng)頻率增高時，出現(xiàn)tgδ極大值所對應(yīng)的溫度向高溫方向移動。圖4-22計及漏導(dǎo)損耗時tgδ的溫頻特性(a)頻率；（b）溫度（3）在總的介質(zhì)損耗中由電導(dǎo)引起的損耗分量所占比例逐漸增加時，tgδ的弛豫極大值不會那么明顯。電導(dǎo)率γ很大的介質(zhì)，tgδ的極大值還可能完全被淹沒，tgδ～T的關(guān)系服從于γ～T的指數(shù)變化關(guān)系。tgδ與溫度的關(guān)系分別示于圖4-22(b)和4-23(b)中。溫度不太高，電導(dǎo)不太大。溫度比較高，電導(dǎo)比較大。圖4-22計及漏導(dǎo)損耗時tgδ的溫頻特性(a)頻率；（b）溫度圖4-23電導(dǎo)率不同的介質(zhì)損耗因子溫頻特性（曲線1到5對應(yīng)于電導(dǎo)率

6、由小到大）計及漏導(dǎo)損耗時，由式(4-8)可以看出，自由電荷引起的電導(dǎo)率γ對復(fù)介電常數(shù)的貢獻是(-iγ/ω)。通?？梢园延须妼?dǎo)的介質(zhì)材料看作是：由一種理想的不導(dǎo)電的介質(zhì)與一個電阻并聯(lián)而成.所以具有電導(dǎo)的存在松弛機制的介質(zhì)復(fù)介電常數(shù)方程是：直流電導(dǎo)率對Cole-Cole園圖的影響4-132顯然，電導(dǎo)項對Co1e-Cole圖產(chǎn)生影響。并且電導(dǎo)率愈大，則計及直流電導(dǎo)率影響的實際圖形偏離Co1e-Cole半圓愈益明顯。如圖4-24所示。圖4-24直流電導(dǎo)率對Cole-Cole圖的影響4-132其中ε”用ε’tgδ代替(tgδ=ε”／ε’)，即有：3-13

7、3最后應(yīng)指出：在tgδ的關(guān)系確定以后，只要考慮到式(4-40)，介質(zhì)內(nèi)所耗散的能量密度w可以計算，即：w=(焦耳／米3·秒)公式中引入了tgδ由式(4-133)可知，在高頻強電場下工作的電介質(zhì)，若tgδ較大，則可能產(chǎn)生嚴(yán)重發(fā)熱。因為由式(4-133)決定的每秒鐘介質(zhì)每單位體積內(nèi)所耗散的能量，一般就轉(zhuǎn)化為熱，使介質(zhì)溫度升高。如不設(shè)法使tgδ降低或采取有效散熱措施，有可能導(dǎo)致電介質(zhì)的破壞。簡要總結(jié)：計及電導(dǎo)時的損耗情形-頻率關(guān)系tgδ與頻率的關(guān)系：當(dāng)頻率很低時，損耗主要由漏導(dǎo)電流引起，此時：在低頻段時，tgδ隨頻率升高成反比地下降。頻率較高時，tg

8、δ與ω的關(guān)系會出現(xiàn)峰值。電導(dǎo)損耗逐步增加時，tgδ弛豫最大值不顯著；當(dāng)γ值很大時，tgδ的極大值可能完全被淹沒。4-131簡要總結(jié)：計及電導(dǎo)時的損耗情