介電常數(shù)和自動(dòng)介損特征的影響因素

1、頻率

絕緣材料能在整個(gè)電磁波頻譜上使用，這些頻譜包括從直流電到至少3×10¹⁰Hz的無線電頻率。僅存在非常少數(shù)的材料，如聚苯乙烯，聚乙烯，熔融二氧化硅，它們的電容率和損耗指數(shù)在該頻率范圍內(nèi)是近似恒定的。有必要在材料將采用的頻率下測(cè)量電容率和損耗指數(shù)，同時(shí)有必要在放置時(shí)的幾個(gè)合適頻率下測(cè)量電容率和損耗指數(shù)，如果該材料將在某個(gè)頻率范圍使用的話。

當(dāng)材料存在電介質(zhì)極化時(shí)，則可導(dǎo)致電容率和損耗指數(shù)隨著頻率的變化。兩種最重要的極化是由于極性分子導(dǎo)致的偶極極化，以及材料不均勻性導(dǎo)致的界面極化。圖X3.1顯示了電容率和損耗指數(shù)隨著頻率的變化（17）。在最高頻率下開始，此時(shí)電容率通過一種原子或電子的極化來進(jìn)行測(cè)定，每次成功的極化，不管是偶極極化還是界面極化，都促進(jìn)電容率結(jié)果在零頻率時(shí)具有最大值。每一次極化都提供了一個(gè)最大的損耗指數(shù)和耗散因子。在損耗指數(shù)為最大值時(shí)的頻率成為該極化的松弛頻率。它也是電容率以最大速率最大的頻率以及發(fā)生一半的該極化變化的頻率。這些極化影響相關(guān)的知識(shí)將常常有助于確定應(yīng)在哪個(gè)頻率下執(zhí)行測(cè)量。

自由離子或電子導(dǎo)致的電介質(zhì)的任何直流電導(dǎo)不會(huì)對(duì)電容率產(chǎn)生直接影響，但將產(chǎn)生一個(gè)耗散因子，該耗散因子隨著頻率發(fā)生相反得變化，同時(shí)在零頻率時(shí)變得無限大（圖X3.1的虛線）。

2、溫度

溫度對(duì)某絕緣材料的主要電學(xué)影響是將增大其極化時(shí)的松弛頻率。它們隨著溫度以一定速率成倍最大，該速率使得當(dāng)溫度在6~50℃范圍內(nèi)增大時(shí)，可導(dǎo)致松弛頻率出現(xiàn)十倍的增大。在較低頻率下的電容率的溫度系數(shù)將總是為正值，除了許多原子和電子極化導(dǎo)致電容率溫度系數(shù)為負(fù)值的事實(shí)之外。然而在高頻率下，溫度系數(shù)將為負(fù)值，在某些中間頻率時(shí)可變?yōu)榱?，而在偶極或截面極化的松弛頻率下該溫度系數(shù)為負(fù)值。

損耗指數(shù)和耗散因子的溫度系數(shù)可為正值或負(fù)值，這取決于松弛頻率的測(cè)量關(guān)系式。當(dāng)頻率高于松弛頻率時(shí)，該值為正值，而對(duì)于較低頻率，該值為負(fù)值。因?yàn)榻缑鏄O化的松弛頻率通常低于1Hz，損耗指數(shù)和耗散因子的相應(yīng)溫度系數(shù)將在所有通用測(cè)量頻率下為正值。因?yàn)槟骋浑娊橘|(zhì)的直流電導(dǎo)通常隨著絕對(duì)溫度的倒數(shù)減小而成倍增大，由此導(dǎo)致?lián)p耗指數(shù)和耗散因子值將以一種類似的方式增大，同時(shí)將產(chǎn)生一個(gè)較大的正值溫度系數(shù)。

3、電壓

所有電介質(zhì)極化，除了界面極化幾乎與存在的電位梯度無關(guān)，直到該梯度值達(dá)到在材料空隙或材料表面上發(fā)生電離，或者發(fā)生擊穿的數(shù)值。在界面極化中，自由離子數(shù)量可能隨著電壓而增大，同時(shí)可能改變極化和其松弛頻率的大小。直流電導(dǎo)也會(huì)受到類似的影響。

4、濕度

濕度對(duì)某絕緣材料的主要電學(xué)影響是將大大增加其界面極化的大小，因此增大其電容率，損耗指數(shù)和其直流電導(dǎo)。這些濕度影響是由水吸入材料體積，以及在材料表面形成離子化水膜而導(dǎo)致的。后者在幾分鐘之內(nèi)形成，然而前者可能需要幾天，有時(shí)甚至是幾個(gè)月來達(dá)到平衡，特別是對(duì)于較厚和相對(duì)不透水材料（15）。

5、水浸泡

水浸泡對(duì)某絕緣材料的影響近似為100%相對(duì)濕度暴露的影響。水被吸入材料體積中，通常其吸水速率大于100%相對(duì)濕度下的吸水速率。然而，當(dāng)最終達(dá)到平衡時(shí)，在兩種條件下的吸水的總量基本是相同的。如果材料存在水溶性物質(zhì)，水浸泡下的濾出將顯著快于在100%相對(duì)濕度且不冷凝前提下的濾出。如果浸泡所用水不純，其雜質(zhì)可能進(jìn)入材料中。當(dāng)材料去除水進(jìn)行測(cè)量時(shí)，與在100%相對(duì)濕度且不冷凝前提下產(chǎn)生的效果相比，其表面形成的水膜將變得更厚，同時(shí)導(dǎo)電性更好，同時(shí)這將要求一些時(shí)間來達(dá)到平衡。

6、氣候

 氣候作為一種自然現(xiàn)象，其包括溫度和濕度改變，降雨，颶風(fēng)，大氣雜質(zhì)和太陽紫外線和熱量的影響。在這些條件下，某絕緣材料表面可能發(fā)生性變化，如物理上的粗糙化和裂解，化學(xué)上的更多易溶成分的損失以及表面沉積的鹽，酸和其它雜質(zhì)的反應(yīng)。表面上形成的任何水膜將變得更厚和更容易導(dǎo)電，同時(shí)水將更容易滲入材料體積中。

 7、損失

 在電壓和溫度的工作條件下，由于吸收濕分，材料表面物理變化，材料成分化學(xué)變化，以及材料表面和內(nèi)部空隙表面的電離影響，某絕緣材料可能損失電學(xué)強(qiáng)度。通常來說，材料電容率和耗散因子將增大，同時(shí)它們的增大值將隨著測(cè)量頻率降低而變得更大。在充分理解X3.1-X3.6列出的影響之后，任何電學(xué)性能的觀測(cè)變化，特別是耗散因子，可作為損失的一種度量方式，也就是指電介質(zhì)強(qiáng)度減小的一種度量方式。

8、調(diào)節(jié)

許多絕緣材料的電學(xué)特征取決于溫度，濕度和水浸泡性，正如以上章節(jié)所述，因此通常有必要規(guī)定某一樣本的過去歷史以及其與這些因素相關(guān)的試驗(yàn)條件。除非將在室溫（20-30℃）下執(zhí)行測(cè)量，同時(shí)未規(guī)定相對(duì)濕度，樣本應(yīng)按規(guī)程D618進(jìn)行調(diào)節(jié)。所選程序應(yīng)最能接近匹配工作條件。當(dāng)數(shù)據(jù)要求包含寬范圍的溫度和相對(duì)濕度時(shí)，將有必要使用中間值，同時(shí)可調(diào)節(jié)至平衡。