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tanδ

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tanδ。

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Cp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，IR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Cs相串联的等值电路，可以证明

当tanδ 很小时， Cs≈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.tanδ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=2Πf)、电介质等值电容量Cp (或Cs)以及tanδ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 tanδ，换句话说，也就是tanδ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 tanδ是表征介质损耗程度的物理量，与εr、γ相当。这样,我们可以通过试验测量电介质的tanδ值，并以此来判断介质损耗的程度。各种结构固体电介质的tanδ如表2-2所示。

表2-2                各种结构固体电介质的tanδ值

(1MHz，20℃时)

电介质结构

名称

tanδ

分子结构

非极性分子

石  蜡         聚苯乙烯     聚四氟乙烯

小于0.0002

极性分子

纤维素       有机玻璃

0.01~0.015

离子结构

晶格结构紧密

岩  盐         刚  玉

小于0.0002        小于0.0002

晶格结构不紧密

多铝红柱石

0.015

晶格畸变的晶体

锆英石

0.02

无定形结构

硅酸铅玻璃   硅碱玻璃

0.001              0.01

不均匀结构

绝缘子瓷     浸渍纸绝缘

0.01                0.01

三、影响 tanδ 的因素

影响tanδ 值的因素主要有温度、频率和电压。

1.温度对tanδ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tanδ的影响与温度对电导的影响相似，即tanδ随温度的升高而按指数规律增大，且tanδ较小。

极性介质中，极化损耗不能忽略，tanδ值与温度的关系如图2-10所示。当温度在t