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 Pt – 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; Uи – напряжение, соответствующее началу ионизации.
Формула справедлива только при U > Uи. Ионизационное напряжение Uи 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: 2017-01-08; просмотров: 2973;