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1、第2章液体的绝缘特性与介质的电气强度2-1什么是电介质的极化？电介质极化的基本形式有哪几种，各有什么特点?2-2如何用电介质极化的微观参数去表征宏观现象？2-3非极性和极性液体电介质中主要极化形式有什么区别？2-4极性液体的介电常数与温度、电压、频率有什么样的关系？2-5液体电介质的电导是如何形成的？电场强度对其有何影响？2-6目前液体电介质的击穿理论主要有哪些？2-7液体电介质中气体对其电击穿有何影响？2-8水分、固体杂质对液体电介质的绝缘性能有何影响？2-9如何提高液体电介质的击穿电压？2T什么是电介质的极化？电介质极化的基本形式有哪几种，各有什么特点？答：电介质的极化是电介质在电场作用下
2、，其束缚电荷相应于电场方向产生弹性位移现象和偶极子的取向现象。电介质的极化强度可用介电常数的大小来表示，它与该介质分子的极性强弱有关，还受到温度、外加电场频率等因素的影响。介质极化的基本形式有电子式极化、离子式极化、偶极子极化和夹层极化。其特点如下表所示极化种类产生场合所需时间能量损耗产生原因电子式极化任何电介质KF”S无束缚电子运行轨道偏移离子式极化离子式结构电介质I。几乎没有离子的相对偏移偶极子极化极性电介质1 JS有偶极子的定向排列夹层极化多层介质的交界面数小时有自由电荷的移动2-2如何用电介质极化的微观参数去表征宏观现象？答：要实现由电介质的微观参数（N、a）表征宏观参数一介电常数先求
3、得电介质 的有效电场纥，代入克劳休斯方程即可得到极化方程。（1 ）对于非极性和弱极性液体介质，有效电场强度E,= E + - = -E式中，P为极化强度（P = （j-1）石）。上式称为莫索缔（Mosotti）有效电场强度,将其代入克劳休斯方程式得到非极性与弱极性液体介质的极化方程为r -1 _ Na 8r + 23%（2）对于极性液体介质，由于极性液体分子具有固有偶极矩，它们之间的距离近，相互作用强，造成强的附加电场，洛伦兹球内分子作用的电场莫索缔有效电场不适用。2-3非极性和极性液体电介质中主要极化形式有什么区别?答：非极性液体和弱极性液体电介质极化中起主要作用的是电子位移极化，偶极子极化
4、 对极化的贡献甚微；极性液体介质包括中极性和强极性液体介质，这类介质在电场作用下, 除了电子位移极化外，还有偶极子极化，对于强极性液体介质，偶极子的转向极化往往起主 要作用。2-4极性液体的介电常数与温度、电压、频率有什么样的关系？答：（1）电场强度对极性液体电介质的邑值的影响极性液体的极化过程要消耗一定的能量，极化所需时间较长。当外电场越强时，极性分 子的转向定向运动越充分，转向极化也越强。（2）温度对极性液体电介质的丛值的影响如图所示，当温度很低时，由于分子间的联系 紧密，液体电介质黏度很大，偶极子转动困难，所 以J很小；随着温度的升高，液体电介质黏度减小, 偶极子转动幅度变大，冬随之变大
5、；温度继续升高, 分子热运动加剧，阻碍极性分子沿电场取向，使极 化减弱，J又开始减小。（3）频率对极性液体电介质的工值的影响 如图所示，频率太高时偶极子来不及转动， 因而邑值变小。其中J。相当于直流电场下的介 电常数，ffi以后偶极子越来越跟不上电场的交 变，J值不断下降；当频率f二f2时，偶极子已 经完全跟不上电场转动了，这时只存在电子式极 化，J减小到也，常温下，极性液体电介质的r23 6。2-5液体电介质的电导是如何形成的？电场强度对其有何影响？答：液体电介质电导受载流子类型不同而不同：（1）离子电导一一分为本征离子电导和杂质离子电导。设离子为正离子，它们处于图 2 5中A、B、C等势能
6、最低的位置上作振动，其振动频率为u,当离子的热振动能超过 邻近分子对它的束缚势垒与时，离子即能离开其稳定位置而迁移。(2 )电泳电导一一在工程中，为了改善液体介质的某些理化性能，往往在液体介质中 加入一定量的树脂，这些树脂在液体介质中部分呈溶解状态，部分可能呈胶粒状悬浮在液体 介质中，形成胶体溶液，止匕外，水分进入某些液体介质也可能造成乳化状态的胶体溶液。这 些胶粒均带有一定的电荷，当胶粒的介电常数大于液体的介电常数时，胶粒带正电；反之, 胶粒带负电。胶粒相对于液体的电位一般是恒定的，在电场作用下定向的迁移构成“电 泳电导”。电场强度的影响：(1)弱电场区：在通常条件下，当外加电场强度远小于击
7、穿场强时，液体介质的离子 电导率7是与电场强度无关的常数，其导电规律遵从欧姆定律。(2)强电场区：在EBltTv/m的强电场区，电流随电场强度呈指数关系增长，除极纯 净的液体介质外，一般不存在明显的饱和电流区。液体电介质在强电场下的电导具有电子碰 撞电离的特点。2-6目前液体电介质的击穿理论主要有哪些？答：液体介质的击穿理论主要有三类：(1 )高度纯净去气液体电介质的电击穿理论(2)含气纯净液体电介质的气泡击穿理论(3)工程纯液体电介质的杂质击穿理论2-7液体电介质中气体对其电击穿有何影响？答：气泡击穿观点认为，不论由于何种原因使液体中存在气泡时，由于交变电压下两串 联介质中电场强度与介质介电
8、常数成反比，气泡中的电场强度比液体介质高，而气体的击穿 场强又比液体介质低得多，所以总是气泡先发生电离，这又使气泡温度升高，体积膨胀，电 离将进一步发展；而气泡电离产生的高能电子又碰撞液体分子，使液体分子电离生成更多的 气体，扩大气体通道，当气泡在两极间形成“气桥”时，液体介质就能在此通道中发生击穿。热化气击穿观点认为，当液体中平均场强达到107108V/m时，阴极表面微尖端处的场 强就可能达到108V/m以上。由于场致发射，大量电子由阴极表面的微尖端注入到液体中， 估计电流密度可达lOSA/m?以上。按这样的电流密度来估算发热，单位体积、单位时间中的 发热量约为1013J/ (s 3),这些
9、热量用来加热附近的液体，足以使液体气化。当液体得 到的能量等于电极附近液体气化所需的热量时，便产生气泡，液体击穿。电离化气击穿观点认为，当液体介质中电场很强时，高能电子出现，使液体分子C-H 键（CC键）断裂，液体放气。2-8水分、固体杂质对液体电介质的绝缘性能有何影响？答：（1 ）水分的影响当水分在液体中呈悬浮状态存在时，由于表面张力的作用，水分呈圆球状（即胶粒）， 均匀悬浮在液体中，一般水球的直径约为ICT在外电场作用下，由于水的介电常 数很大，水球容易极化而沿电场方向伸长成为椭圆球，如果定向排列的椭圆水球贯穿于电极 间形成连续水桥，则液体介质在较低的电压下发生击穿。（2 ）固体杂质的影响一般固体悬浮粒子的介电常数比液体的大，在电场力作用下，这些粒子向电场强度最大 的区域运动，在电极表面电场集中处逐渐积聚起来，使液体介质击穿场强降低。2-9如何提高液体电介质的击穿电压？答：工程应用上经常对液体介质进行过滤、吸附等处理，除去粗大的杂质粒子，以提高 液体介质的击穿电压。