合絕緣的介電系數和介質損耗、組合絕緣的電場分布

一、組合絕緣的介電系數和介質損耗

除絕緣介質外，電力設備內的絕緣還有由多種絕緣介質構成的組合絕緣。如電機中常用云母、膠粘劑、浸漬劑組合成的絕緣；變壓器中常采用由油間隙、絕緣層、屏障等組合起來的絕緣方式：充油套管常用油間隙和膠紙層或油紙層組合的絕緣；在電容器和電纜中常用紙或薄膜的迭層和浸漬劑組合的絕緣。

以兩層介質的平行層狀結構為例，電極間距離為d，各層電解質的介電系數為ε₁、ε₂，厚度為d₁、d₂，則電極間電容為

 （TYBZ01403010-1）

式中 C₁、C₂——分別為各層電介質的電容。

由式(TYBZ01403010-1)得  

   (TYBZ01403010-2)

整理可得組合絕緣的介電常數ε為

        （TYBZ01403010-3)

同理，可得組合絕緣的總介質損耗正切值為

     (TYBZ01403010-4)

式中 tanδ、tanδ₁、tanδ₂——分別為各層電介質的介質損耗角正切值。

二、組合絕緣的電場分布

外加電壓在組合絕緣中各介質上的電壓分布，將決定組合絕緣整體的擊穿電壓。電壓分布情況和電壓的性質及持續時間等因素有關。

在直流電壓下，絕緣等效為絕緣電阻，各層絕緣承受的電壓與其絕緣電阻成正比，所以應把電氣強度高、電導率小的材料用在電場強的地方。

在交流和沖擊電壓下，絕緣等效為電容，各層絕緣承受的電壓與其電容成反比，所以此時應該把電氣強度高、介電常數小的材料用在電場強的地方。

1.均勻電場雙層介質

在組合絕緣中，同時采用多種電介質，在需要對這一類絕緣結構中電場做定性分析時，常常采用簡單的均勻電場雙層介質模型。

2.分階絕緣

所謂分階絕緣是指由介電常數不同的多層絕緣構成的組合絕緣。分階原則是對越靠近纜芯的內層絕緣選用介電常數越大的材料，以達到電場均勻化的目的。

超高壓交流電纜常為單相圓芯結構，由于其絕緣層較厚，采用分階結構，可以減小纜芯附近的最大電場強度。