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介质损耗、介质损耗角正切值、介质损耗因数的基本形式

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2024/8/9 10:18:04

1.介质损耗的基本形式

1)电导损耗

电导损耗是由电介质中的泄漏电流引起的,气体、液体和固体电介质中都存在这种形式的损耗。电介质中的泄漏电流与电源频率无关,所以电导损耗在交、直流电压下都存在。一般情况下,电介质的电导损耗很小。当电介质受潮、脏污或温度升高时,其电导损耗会急剧增大。

2)极化损耗

极化损耗是由有损极化引起的,在偶极性电介质及复合电介质中存在这种形式的损耗。在直流电压下,由于极化的建立仅在加压瞬间出现一次,与电导损耗相比可忽略不计。而在交流电压下,随着电压极性的改变,不断有极化建立,极化损耗的大小与电源的频率有很大关系。在频率不太高时,随频率升高极化损耗增大,当频率超过某一数值后,随频率升高,极化过程反而减弱,损耗减小。

3)游离损耗

游离损耗是由气体电介质在电场的作用下出现局部放电引起的。气体电介质及含有气泡的液体、固体电介质中都存在这种形式的损耗。游离损耗仅在外加电压超过一定值时才出现,且随电压升高而急剧增大。



2.介质损耗角正切

在直流电压作用下,当外施电压低于介质局部放电电压时,介质中的损耗主要由电导引起,所以只用体积电导率和表面电导率这两个物理量就足以说明问题。在交流电压作用下,除电导损耗外,还有极化损耗,仅用电导率来表征介质损耗就不全面了,需要引入新的物理量介质损耗介质损耗角正切值tanδ来表示此时介质中的能量损耗。

3-11所示的三支路等值电路可以代表任何实际电介质,不但适用于直流电压,也适用于交流电压。此等值电路可进一步简化为图3-13和图3-14所示的电阻电容并联或串联的等值电路。

img1 

img2 

在等值电路所对应的相量图中,φ为电压、电流相量之间的夹角,即电路的功率因数角,δ为φ的余角,称为介质损耗角。

并联等值电路中,image.png,因此;

image.png 

 

在串 联等值电路中,image.png,因此:

 image.png

 

以上是对同一电介质的两种不同形式的等值电路进行的分析,所以其功率损耗应相等,比较式(3-12)和式(3-14)可知:

image.png 

(3-15)表明,同一电介质用不同等值电路表示时,其等值电容是不相同的。通常tanδ远远小于1,所以1+tan2δ1,故CpCs,这时介质损耗在两种等值电路中可用同一公式表示,即: 

image.png 

由式(3-11)与式(3-13)可得rs/Rp=tan2δ,可见rs远远小于Rp(因为通常tanδ远远小1),因此串联等值电路中的电阻要比并联等值电路中的电阻小得多。并且,由上述分析可见,介质损耗P与外加电压U、电源角频率ω及电介质的等值电容C等因素有关,因此直接用P作为比较各种电介质品质好坏的指标是不合适的。在上述各量均为给定值的情况下,P最后决定于tanδ,而tanδ=Ir/Ic是一个无量纲的量,它与电介质的几何尺寸无关,只反映介质本身的性能。因此,在高电压工程中常把tanδ作为衡量电介质损耗的指标,称之为介质损耗因数或介质损耗角正切。


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