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1、3.1液體電介質(zhì)的極化與損耗3.1.1液體電介質(zhì)的極化本節(jié)內(nèi)容3.1.2液體電介質(zhì)的損耗3.1.1 液體電介質(zhì)的極化1. 非極性和弱極性液體電介質(zhì)非極性液體和弱極性液體電介質(zhì)極化中起主要作用的是電子位移極化,其極化率為ae,相對(duì)介電常數(shù)與折射率n仍近似保持麥克斯韋關(guān)系,即n2r(3-1)這類(lèi)液體介質(zhì)的介電常數(shù)一般在2.5左右,有四氯化碳、苯、二甲苯、變壓器油等。二甲苯33.1.1 液體電介質(zhì)的極化在外電場(chǎng)作用下,非極性和弱極性液體介質(zhì)的分子所感應(yīng)的偶極矩大小相等,且沿電場(chǎng)方向排列。分子在空間各處出現(xiàn)的幾率相等,在洛倫茲球內(nèi)分子的分布可以看做是對(duì)稱(chēng)的,球內(nèi)分子對(duì)球心作用的場(chǎng)強(qiáng)2=0,所以介質(zhì)的有

2、效電場(chǎng)強(qiáng)度E= E + P = er + 2 E(3-2)3ei30式中P極化強(qiáng)度 P=0(r-1)E式(3-2)稱(chēng)為莫索締(Mosotti)有效電場(chǎng)強(qiáng)度,將其代入克勞休斯方程(2-13),得到非極性與弱極性液體介質(zhì)的極化方程為er -1 = Na(3-3)er + 23e0式(3-3)稱(chēng)為克勞休斯莫索締(Clausius-Mosotti)方程,簡(jiǎn)稱(chēng)克-莫方程。43.1.1 液體電介質(zhì)的極化2. 極性液體電介質(zhì) 極性液體電介質(zhì)具有固有偶極矩,它們之間距離近,相互作用強(qiáng),造成強(qiáng)的附加電場(chǎng), 故洛倫茲球內(nèi)分子作用的電場(chǎng) E2 0,莫索締有效電場(chǎng)也就不適用。極性液體介質(zhì)包括中極性和強(qiáng)極性液體介質(zhì),這

3、類(lèi)介質(zhì)在電場(chǎng)作用下,除了電子位移極化外,還有偶極子極化。對(duì)于強(qiáng)極性液體介質(zhì),偶極子的轉(zhuǎn)向極化往往起主要作用,。介電常數(shù)r遠(yuǎn)大于折射率平方n2,即r 53.1.1 液體電介質(zhì)的極化極性液體電介質(zhì)r與電源頻率有較大的關(guān)系。頻率太高時(shí)偶極子來(lái)不及轉(zhuǎn)動(dòng),因而r值變小,如圖3-1所示。其中,r0相當(dāng)于直流電場(chǎng)下的相對(duì)介電常數(shù); ff1以后偶極子越來(lái)越跟不上電場(chǎng)的交變, r不斷下降;當(dāng)頻率f=f2時(shí),偶極子已經(jīng)完全跟不上電場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)了,這時(shí)只存在電子式極化,r減小到r ,常溫下,極性液體電介質(zhì)的r 36。如圖3-2所示,溫度對(duì)極性液體電介質(zhì)的r值也 有很大的影響。溫度很低時(shí),分子間的聯(lián)系緊密,液體電介質(zhì)黏度很

4、大,偶極子轉(zhuǎn)動(dòng)困難,所以r很?。浑S著溫度的升高,液體電介質(zhì)黏度減小,偶極子轉(zhuǎn)動(dòng)幅度變大,r隨之變大 ;溫度繼續(xù)升高,分子熱運(yùn)動(dòng)加劇,阻礙極性分子沿電場(chǎng)取向,使極化減弱,r又開(kāi)始減小。圖3-1 極性液體電介質(zhì)的 r與頻率的關(guān)系6圖3-2 極性液體電介質(zhì)的r與溫度的關(guān)系3.1.1液體電介質(zhì)的極化本節(jié)內(nèi)容3.1.2液體電介質(zhì)的損耗3.1.2 液體電介質(zhì)的損耗1. 非極性和弱極性液體電介質(zhì)非極性和弱極性液體介質(zhì)的極化主要是電子位移極化。相對(duì)介電常數(shù)與頻率無(wú)關(guān),介質(zhì)損耗主要來(lái)源于電導(dǎo),所以介質(zhì)損耗角正切為:低頻下,這類(lèi)液體介質(zhì)的、P、tan與頻率的關(guān)系如圖3-3所示,而在高頻下由于極性雜質(zhì)等因素,tan

5、顯著減小??赡苁筭f ertan d = g= 1.81010(3-4)we0er一般非極性和弱極性液體介質(zhì)的電導(dǎo)率很小,在室溫下=10-12S/m,如取r =2,f=50Hz,則實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。tan=1.810-4,與圖3-3 、p、tan與頻率的關(guān)系83.1.2 液體電介質(zhì)的損耗2. 極性液體電介質(zhì)極性液體介質(zhì)的介質(zhì)損耗與粘度有關(guān)。極性分子在黏性媒質(zhì)中作熱運(yùn)動(dòng),在交變電場(chǎng)作用下,電場(chǎng)力矩將使極性分子做趨向于外場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)動(dòng),在定向轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中,因摩擦發(fā)熱而引起能量的損耗。黏度相當(dāng)大,分子極化跟不上電場(chǎng)的變化;黏度很小,分子定向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)無(wú)摩擦。對(duì)這兩種情況,偶極子轉(zhuǎn)向極化引起的損耗都很小。但是,在

6、中等黏度下,該損耗顯著,在某一黏度下出現(xiàn)極值。93.1.2 液體電介質(zhì)的損耗電力電纜用的由礦物油和松香組成的黏性復(fù)合浸漬劑,是一種極性液體介質(zhì)。其中礦物油是稀釋劑,故油的成分增加時(shí)復(fù)合劑的黏度減小,對(duì)應(yīng)于一定頻率下出現(xiàn)tan最大值的溫度就向低溫移動(dòng),而對(duì)應(yīng)于恒溫下出現(xiàn)tan最大值的頻率就向高頻移動(dòng)。工頻下油和松香復(fù)合劑在不同配方時(shí)所對(duì)應(yīng)的tan溫度曲線(xiàn)如圖3-4所示。表3-1列出了工頻下油和松香復(fù)合劑在不同配方時(shí)出現(xiàn)tan最大值的溫度。表3-1 f=50Hz時(shí)不同組分松香和礦物油復(fù)合劑的tan最大值的溫度圖3-4 工頻下松香復(fù)合劑的tan與溫度的關(guān)系復(fù)合劑的組分對(duì)應(yīng)于f=50Hz時(shí)tanmax的溫度t(C)序號(hào)松香(%)礦物油(%1100050295540390103248

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