介质损耗

介质损耗：绝缘材料在电场作用下，由于介质电导和介质极化的滞后效应，在其内部引起的能量损耗。也叫介质损失，简称介损。在交变电场作用下，电介质内流过的电流相量和电压相量之间的夹角(功率因数角Φ)的余角δ称为介质损耗角。

1、种类

电介质在交变电场作用下，所积累的电荷有两种分量：

(1)有功功率。一种为所消耗发热的功率，又称同相分量；

tanδ=1/WCR(式中W为交变电场的角频率；C为介质电容；R为损耗电阻)。介电损耗角正切值是无量纲的物理量。可用介质损耗仪、电桥、Q表等测量。对一般陶瓷材料，介质损耗角正切值越小越好，尤其是电容器陶瓷。仅仅只有衰减陶瓷是例外，要求具有较大的介质损耗角正切值。橡胶的介电损耗主要来自橡胶分子偶极化。在橡胶作介电材料时，介电损耗是不利的；在橡胶高频硫化时，介电损耗又是必要的，介质损耗与材料的化学组成、显微结构、工作频率、环境温度和湿度、负荷大小和作用时间等许多因素有关。

2、正文

介质损耗是指电介质中在交变电场作用下转换成热能的那部分能量。介质损耗根据形成的机理可分为弛豫损耗、共振损耗和电导损耗。弛豫损耗和共振损耗分别与电介质的弛豫极化和共振极化过程相联系，而电导损耗则与电介质的电导相联系。

弛豫损耗　当交变电场E改变其大小和方向时，电介质极化的大小和方向随着改变。如电介质为极性分子组成(极性电介质)或含有弱束缚离子（这类偶极子和离子极化由于热运动造成,分别称为偶极子和热离子）,转向或位移极化需要一定时间（弛豫时间），电介质极化与电场就产生了相位差，由这种相位差而产生了电介质弛豫损耗Wg。如组成电介质的极性分子和热离子的弛豫时间τ比交变电场的周期T大得多，这些粒子就来不及建立极化，电介质弛豫极化就很小。在低频电场下，粒子的弛豫时间比T小得多,但由于单位时间改变方向的次数很小,电介质的弛豫损耗也很小。当弛豫时间与交变电场的周期T相等时，介质损耗具有极大值（见图）。

介质损耗　弛豫极化过程在含有极性分子和弱束缚离子的液体和固体电介质中产生。对于含有极性基团的高分子聚合物，极性基团或一定长度分子链亦可产生转向极化形式的弛豫极化。液体电介质的弛豫损耗与粘度有关，对于极低粘度的水、酒精等极性电介质，弛豫损耗出现在厘米波段。弛豫损耗与温度、电场频率有关。

共振损耗与电导损耗　对于电子弹性位移极化和离子弹性位移极化,电介质可以看成是许多振子的集合,这些振子在电场作用下作受迫振动，并最终以热能方式损耗。当电场频率比振子频率高得多或低得多时，损失能量很少。只有当电场频率等于振子固有频率（共振）时，损失能量最大，故称电介质共振损耗。对于电子弹性位移极化，约在紫外频率波段，而对于离子位移极化，约在红外频率波段。

实际电介质均具有一定电导，由于贯穿电导电流引起的电介质损耗（焦耳损耗）称为电介质电导损耗，它与电场频率无关。

介质损耗因数电介质损耗与该电介质无功功率之比值称为电介质损耗角正切(tgδ)，又称介质损耗因数。理想电介质中电导损耗等于零,此时δ表示电位移D滞后电场强度E的角度。tgδ是用来衡量电介质损耗大小、材料品质的重要参数，因为电介质损耗W可写成图一中公式：

图一

而单位体积电介质损耗为图二中公式：式中C为电介质电容,u为外施电压,ε0=8.85×10-12法/米，ε为电介质常数。亦有用ε·tgδ乘积表示电介质损耗的常数，称为介质损耗常数。　电介质损耗发热消耗能量并可能引起电介质的热击穿,因此在电绝缘技术中,特别是当绝缘材料用于高电场强度或高频的场合,应尽可能采用tgδ较低的材料。但也有利用高频（一般为0.3～300兆赫）介质发热来干燥材料(木材、纸、陶瓷等)、加工塑料以及胶粘木材等。利用电介质加热的优点是加热速度快、加热均匀（介质彻体发热）、方便并能较易实现局部加热等。

图二