在電壓作用下，電介質(zhì)產(chǎn)生一定的能量損耗，這部分損耗稱介質(zhì)損耗或介質(zhì)損失。電介質(zhì)產(chǎn)生介質(zhì)損耗或介質(zhì)損失原因主要因?yàn)殡娊橘|(zhì)電導(dǎo)、極化和局部放電。

一、電介質(zhì)電導(dǎo)引起的損耗

在電場(chǎng)作用下電介質(zhì)電導(dǎo)(又稱漏導(dǎo))產(chǎn)生的泄漏電流會(huì)造成能量損耗。這種損耗在交流與直流作用下都存在，且這種損耗與極化、局部放電引起的損耗比較是很小的。

二、極化引起的損耗

在交流電壓作用下，電介質(zhì)由于周期性的極化過(guò)程，電介質(zhì)中的帶電質(zhì)點(diǎn)要沿交變電場(chǎng)的方向作往復(fù)的有限位移并重新排列。這時(shí)質(zhì)點(diǎn)需要克服極化分子間的內(nèi)摩擦力而造成能量損耗。極化損耗的大小與電解質(zhì)的性能、結(jié)構(gòu)、溫度、交流電壓頻率等有關(guān)。

三、局部放電引起的損耗

絕緣材料中，不可避免地會(huì)有些氣隙或油隙。在交流電壓下，電場(chǎng)分布主要與該材料的介電系數(shù)ε成反比，氣體的介電系數(shù)一般比固體絕緣材料的要低得多，因此承 受的電場(chǎng)強(qiáng)度就大，當(dāng)外加電壓足夠高時(shí)，氣隙中首先發(fā)生局部放電。固體中氣隙放電前后電場(chǎng)示意圖，如圖1-1所示。

氣隙放電形成的電荷，在外施電場(chǎng)E0作用下移動(dòng)到氣隙壁上，這些電荷又形成反電場(chǎng)量，削弱了氣隙中的電場(chǎng)，很可能使氣隙中放電不再繼續(xù)下去，如圖1-1(b)所示。

但是如外加的為交流電壓，半周后外施電場(chǎng)E0就反向了，正好與前半周氣隙中電荷形成的反電場(chǎng)E同向，加強(qiáng)了氣隙中電場(chǎng)強(qiáng)度，使氣隙中放電在更低電壓下發(fā)生。所以交流電壓下絕緣體里的局部放電及介質(zhì)損耗比直流電壓下強(qiáng)烈。在油浸電容器、電容套管等的設(shè)計(jì)制造及運(yùn)行中都要注意這點(diǎn)，要盡量避免內(nèi)部氣隙、毛刺等引起的局部放電。一般油浸紙絕緣交流電容器或電纜用于直流時(shí)，長(zhǎng)期工作電壓能提高到銘牌電壓的4～5倍，原因就在于此，絕緣介質(zhì)損耗的大小，實(shí)際上是絕緣性能優(yōu)劣的一種表示，同—臺(tái)設(shè)備，絕緣良好，介質(zhì)損耗就小；絕緣受潮劣化，介質(zhì)損耗就大。

四、測(cè)量介質(zhì)損耗角的正切tanδ的目的

在交流電壓ū作用下電介質(zhì)中流過(guò)電流?，在一定ū和f下它反映電解質(zhì)內(nèi)單位體積中能量的大小，能直接反映絕緣情況，電介質(zhì)的并聯(lián)等值電路及相量圖1-2所示。電壓ū與電流?之間的夾角為φ，φ稱為功率因數(shù)角，根據(jù)1-2可得：tanδ＝IR／IC＝1／ω CPR (4-1)

介質(zhì)損耗：P＝UIR＝UICtanδ＝U2ω (4-2)

由此可見，當(dāng)電介質(zhì)一定，外加電壓及頻率一定時(shí)，介質(zhì)損耗P與tanδ成正比，即可以用tanδ來(lái)表示介質(zhì)損耗的大小。同類試品絕緣優(yōu)劣，可直接由tanδ的大小來(lái)判斷；而從同—試品tanδ的歷次數(shù)據(jù)分析，可掌握設(shè)備絕緣性能的發(fā)展趨勢(shì)。

通過(guò)測(cè)量tanδ可以發(fā)現(xiàn)一系列絕緣缺陷，如絕緣整體受潮、劣化，絕緣氣隙放電等。

tanδ是反映絕緣介質(zhì)損耗大小的特性參數(shù)，與絕緣的體積大小無(wú)關(guān)。但如果絕緣內(nèi)的缺陷不是分布性而是集中性的，則tanδ有時(shí)反映就不靈敏。被試絕緣的體積越大，或集中性缺陷所占的體積越小，集中性缺陷處的介質(zhì)損耗占被試絕緣全部介質(zhì)損耗的比重就越小，總體的tanδ就增加得也越少，這樣tanδ測(cè)量就不靈敏。因此，測(cè)量各類電氣設(shè)備tanδ時(shí)，能分解試驗(yàn)的盡量分解試驗(yàn)。如測(cè)量變壓器整體tanδ時(shí)，由于變壓器整體絕緣體積比變壓器套管大得多，套管的缺陷就不能靈敏反映出來(lái)，因此還須單獨(dú)測(cè)量套管的tanδ。套管的體積小，測(cè)套管的tanδ不僅可以反映套管絕緣的全面情況，而且有時(shí)可以反映其中的集中性缺陷。

有時(shí)為了處理問(wèn)題方便，也可以將圖1-2所示的并聯(lián)等值電路變成串聯(lián)等值電路，如圖1-3所示

由圖1-3可得

tanδ＝Ur／UC＝ir／(i／ωCS)＝ωCSr (4-3)

P＝i2r＝U2r／[r2﹢(1／ωCS)2]

＝U2r／{(1/ωCS)2[(rωCS)2﹢1]}

＝(U2ωCStanδ)／(1﹢tan2δ) (4-4)

即串聯(lián)等值電路中P也與tanδ有關(guān)。

兩種等值電路都表示同一電介質(zhì)的絕緣特性等值電路情況下的電介質(zhì)能量損耗與tanδ，應(yīng)當(dāng)也是等值的。因此由式(4-1)～式(4-4)有:1／ωCPR＝ωCSr

U2ωCPtanδ＝(U2ωCStanδ)／(1﹢tan2δ)

聯(lián)立解得

CP＝CS／(1﹢tan2δ)

R＝r[1﹢(1／tan2δ)]

對(duì)于電介質(zhì)來(lái)講tan2δ＜1，所以得

CP≈CS＝C，R＞r

因此兩種等值電路中的功率損耗可用—個(gè)共同的表達(dá)式表示，即：P＝U2ωCtanδ

大多數(shù)電氣設(shè)備的絕緣是組合絕緣，是由不同電介質(zhì)組成的，且具有不均勻結(jié)構(gòu)，如油浸紙絕緣，含空氣和水分的電介質(zhì)等等。在對(duì)絕緣進(jìn)行分析時(shí)，可把設(shè)備絕緣看成如圖1-4所示的多個(gè)電介質(zhì)串、并聯(lián)等值電路所組成的電路，而所測(cè)得的tanδ值，實(shí)際上是由多個(gè)電介質(zhì)串、并聯(lián)后電路的綜合tanδ值。

圖1-4(a)是n個(gè)電介質(zhì)并聯(lián)的電路，總損耗P＝P1﹢P2﹢…﹢pn。將P＝U2ωCtanδ代入，得

U2ωCtanδ＝U2ωC1tanδ1﹢U2ωC2tanδ2﹢…﹢U2ωCntanδn

Ctanδ＝C1tanδ1﹢C2tanδ2﹢…﹢Cntanδn

而C＝C1﹢C2﹢…﹢Cn，所以推得綜合tanδ為：

tanδ＝(C1tanδ1﹢C2tanδ2﹢…﹢Cntanδn)／(C1﹢C2﹢…﹢Cn) (4-5)

同理，推得圖1-4(b)的綜合tanδ為：

tanδ＝(tanδ1/C’1﹢tanδ2/C’2﹢…﹢tanδn/C’n)／(1/C’1﹢1/C’2﹢…﹢1/C’n) (4-6)

圖1-4(c)的綜合tanδ為tanδ＝[C1tanδ2(1﹢tan2δ1)﹢C2tanδ1(1﹢tan2δ2)]／[C1(1﹢tan2δ1)﹢C2(1﹢tan2δ2)] (4-7)，從式(4-5)～式(4-7)可以看出：多個(gè)電介質(zhì)絕緣的綜合tanδ值總是小于等值電路中個(gè)別tanδ的最大值，而大于最小值。

這一結(jié)論表明：在測(cè)量多種及多層電介質(zhì)絕緣時(shí)，當(dāng)其中一種或一層tanδ偏大時(shí)，并不能有效地在綜合tanδ值中反映出來(lái)，或者說(shuō)tgδ對(duì)局部缺陷反映不靈敏。如某兩種并聯(lián)電介質(zhì)，其中一種電介質(zhì)的電容值C1＝1800PF， tanδ1(%)＝0.2，另一種電介質(zhì)的C2＝200PF ，tanδ2(%)＝5.0，其綜合tanδ(%)為

tanδ(%)＝[C1tanδ1(%)﹢C2tanδ2(%)]／(C1﹢C2） ＝(1800×0.2+200×0.5)／(1800﹢200)＝0.68，盡管局部tanδ(%)達(dá)5.0，但綜合tanδ(%)僅等于0.68。

通過(guò)測(cè)tanδ判斷絕緣狀況時(shí)，必須著重于與該設(shè)備歷年的tanδ值相比較，并和處于同樣運(yùn)行條件下的同類設(shè)備相比較，即使tanδ值未超過(guò)標(biāo)難，但和過(guò)去值比較及和同類設(shè)備比較，若tanδ突然明顯增大時(shí)，就必須引起注意，查清原因。