绝缘油的介质损耗因数特性

一、有关名词术语的定义

介质 dielectric:能把带电的导体隔开的媒质。

介质损耗dielectric loss: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。

介质损耗角 dielectric loss angle:在交变电场作用下电介质内部流过的电流相量和电压相量之间的夹角(功率因数角)的余角(δ)。

(介质)损耗因数 dielectric dissipation factor:又称(介质)损耗角正切(loss tangent，tgδ)，介质损耗角的正切值。

二、绝缘油的介质损耗角的决定因素

绝缘油的介质损耗通常以对介质损耗角δ的正切值(tgδ)来表示，它由有功分量和无功分量两部分组成。而有功分量又包括有效电流I(·)_i(直接在电场下的有功损耗)和吸收电流I(·)_r(在交流电压下所形成的极化损耗)，无功部分就是电容电流I(·)_c(在高频时还有电感电流)。这样损耗值大小就是全部合成电流I(·)，见下图。

绝缘油的介质损耗相量图

合成电流I(·)取决于有功电流，而在恒定的交流频率下有效电流I(·)_i具有决定性的作用。实验证明:有效电流I(·)_i与油的内分子状况又有直接的关系，如在温度影响下，黏度的变化是很好的例证。同时由于在不同黏度下，电子通过油中空穴的阻力是变化的，所以有效电流I(·)_i实际上也是温度及黏度的函数。

一般油的介质损耗角由下列三个主要因素所决定，即油的电导、空间电荷和双极分子。

1.电导

油的电导所产生的损失是比较容易明了的，因为任何理想的介质都是存在着极微的导电性。目前发现的一切绝缘液体介质中，几乎没有一个是绝对不导电的。油的电导与油中的杂质有很大关系。对于含有杂质包括水分)的绝缘油，其电导就是由这些杂质的电阻率所决定的。

2.空间电荷

空间电荷是由油的电极化性质所决定的，但油的电极化性质对于运动的离子速度来说，又是由电场频率所决定的。当频率越高时，离子获得的质量越大，即离子在电场中互相牵制得越强，其介质损耗值就会减小。

3.双极分子

对于双极分子，主要为电场下的中性分子转变为极性分子之间的无功摩擦极性损耗，即热损耗。如果电流的有功分量为常数时，这种无功分量所造成的热损耗却随频率的增高而增高(电感电流的增大)。在频率f=10⁸ Hz时:介质损耗因数tgδ有一极大值存在。

在工频和规定的90℃试验温度之下，损耗主要归于油的电导。

三、杂质对介质损耗因数值的影响

在含有杂质的绝缘油中，杂质在电场作用下将形成电场偶极化损失，因而使油的介质总损耗增加。品质非常纯净的油为非极性分子，其介质损耗因数主要决定于油的电导。

四、水分对介质损耗因数值的影响

水分是影响介质损耗因数的重要因素，即使对于品质十分纯净、没有发生氧化的油，当含有水分时，其对介质损耗因数的影响也是十分显著。一般来说，因水分造成介质损耗的增大，是基于油的电导值的增大。我们知道，纯水并不是导体。但是油中的水，却因为溶解了某些低分子有机酸类(它能充分地被纤维素吸附)，而这些酸类又是绝缘油氧化不可避免的产物，因而成了良导体。

五、温度对介质损耗因数值的影响

1.好油

在一般情况下，介质损耗因数与绝对温度倒数成指数式关系变化。这是因为温度可以改变油的物理性质。在一定范围内，黏度是取决于温度的，因为温度升高时油的黏度值减小，对油的电极化性质来说，由于其离子在电场中所获得的平均速度与离子的牵移率有关，而离子的牵移率的增长又与离子的质量及油的黏度减低有关，所以当温度增加时，使油的电导性能加强。

2.坏油

老化的油的介质损耗因数值随温度变化比好油要快得多，例如在20℃时，如果老化的油的tgδ只相当于好油tgδ的2倍，那么在100℃就可能相差20倍。因此可能出现这种情况:油在20℃时tgδ合格，而在90℃时tgδ超过标准。所以应尽可能采用在较高的温度进行。当温度提高到80~100℃，测得的介质损耗值反映油的劣化及受潮程度的灵敏度较高，故GB/T 5654-2007《液体绝缘材料 相对电容率、介质损耗因数和直流电阻率的测量》和GB/T 7595-2017 《运行中变压器油质量》中规定测定的温度为 90℃。

通常认为初始值能较好地代表液体的实际状态，因为在较高温度下，介质损耗因数会随试样加热及恒温时间而变化，甚至不加电场时也是如此，故要求在温度一达到平衡时就测量绝缘油介质损耗因数值。