Виды диэлектрических потерь

Диэлектрические потери по их особенностям и физической природе можно подразделить на четыре основных вида:

1. Диэлектрические потери, обусловленные сквозной электропроводностью.

2. Диэлектрические потери, обусловленные поляризацией.

3. Диэлектрические потери, обусловленные неоднородностью структуры.

4. Диэлектрические потери на ионизацию.

5. Резонансные диэлектрические потери.

Диэлектрические потери, обусловленные сквозной электро-

проводностью, проявляются во всех без исключения диэлектриках, как в постоянных, так и в переменных электрических полях.

Тангенс угла ДП на электропроводность определяется по формуле:

, (26)

где f – частота внешнего электрического поля, Гц; ɛ – относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика; ρ – удельное объемное электрическое сопротивление материала, .

Если в формулу (25) подставить значение tgδ с учетом, что угловая частота , получается, что мощность ДП на электропроводность не зависит от частоты (рис.20, а). Диэлектрические потери, обусловленные электропроводностью диэлектрика, возрастают с температурой (рис. 20, б) по экспоненциальному закону:

(27)

где P_t – потери при температуре t ° С; P₀ – потери при температуре 0° С; α – постоянная материала.

Тангенс угла ДП изменяется в зависимости от температуры по тому же закону, что и потери в диэлектрике.

Рис. 20. Зависимость мощности ДП и tgδ от частоты (а) и температуры (б) для диэлектрика, потери в котором обусловлены сквозной электропроводностью

Диэлектрические потери на поляризацию наблюдаются в диэлектриках с релаксационными видами поляризации (полярных, диэлектриках ионной структуры с неплотной упаковкой ионов, сегнетоэлектриках).

Диэлектрические потери, обусловленные неоднородностью

структуры, наблюдаются в слоистых диэлектриках из пропитанной бумаги и ткани, а также в пластмассах с наполнителем, в пористой керамике, в производных слюды – микалентах, микалексе и т.п. Ввиду разнообразия структуры неоднородных диэлектриков и особенностей, содержащихся в них компонентов, общей формулы расчета диэлектрических потерь не существует.

В электроизоляционной технике применяется большое ко-

личество композиционных материалов, обладающих неоднородной структурой. В одних случаях это определяется требованиями механической прочности (волокнистая основа), в других – удешевлением стоимости и приданием необходимых свойств (наполнители в пластмассах и резинах), в третьих – использованием ценных отходов (слюдяные материалы). Потери в таких материалах имеют сложные зависимости.

В качестве примера на рис. 21 приведена зависимость tgδ

от температуры для конденсаторной бумаги, пропитанной ком-

паундом (80% канифоли и 20% трансформаторного масла).Такая пропитанная бумага относится к диэлектрикам с неоднородной структурой и диэлектрические потери определяются электрическими свойствами обоих компонентов.

Рис. 21. Зависимость tgδ от температуры для пропитанной

компаундом конденсаторной бумаги

Как видно из рис. 21, зависимость tgδ от температуры имеет два максимума: первый (при низких температурах) характеризует дипольно-релаксационные потери самой бумаги (целлюлозы), второй (при более высокой температуре) обусловлен дипольно-релаксационными потерями пропитывающего компаунда.

Ионизационные диэлектрические потери свойственны диэлектрикам в газообразном состоянии или твердым диэлектрикам, имеющим газовые включения. Ионизационные потери проявляются в неоднородных электрических полях при напряженностях, превышающих значение, соответствующее началу ионизации данного газа. Ионизационные потери могут быть вычислены по формуле:

, (28)

где А – постоянный коэффициент; f – частота приложенного напряжения; U_и – напряжение, соответствующее началу ионизации.

Формула справедлива только при U > U_и. Ионизационное напряжение U_и зависит от давления, при котором находится газ. С увеличением давления газа величина напряжения начала ионизации возрастает, так как увеличивается плотность газа и уменьшается длина свободного пробега носителей зарядов, вызывающих ударную ионизацию молекул газа.

Резонансные диэлектрические потери происходят в диэлектрике, когда частота электрического поля приближается к частоте собственных колебаний элементарных частиц диэлектрика (f =10⁹ – 10¹⁰ Гц).

---

Дата добавления: 2015-12-07