Диэлектрические потери в газах

Любой газ можно рассматривать практически как идеальный диэлектрик до тех пор, пока в нем не создадутся условия для появления ионизации. Поэтому газы обладают малыми диэлектрическими потерями, которые обусловлены сквозной электропроводностью.

У большинства газов 1, 10¹⁶ Ом*м и tg при f=50 Гц составляет менее 4*10^-8.

При увеличении напряженности электрического поля в газах возникают дополнительные потери на ионизацию, что увеличивает общую мощность диэлектрических потерь.

Диэлектрические потери в жидких диэлектриках

Диэлектрические потери будут большими в полярных жидкостях, а также в неполярных жидкостях, которые содержат примеси.

Неполярные жидкие диэлектрики, которые содержат в себе небольшое количество примесей, обладают небольшими потерями.

В электротехнике часто применяются смеси неполярных и полярных жидкостей, например, масляно-канифольные компаунды, а также полярные жидкости (совол С₁₂H₅Cl₅, совтол С₆H₃Cl₃).

Любой полярный вязкий жидкий диэлектрик обладает определенным значением вязкости при приложении к нему переменного напряжения. Его дипольные молекулы, следуя за изменением электрического поля, поворачиваются в вязкой среде и вызывают потери электрической энергии на трение с выделением теплоты. Если вязкость жидкости достаточно велика, дипольные молекулы не успевают ориентироваться в направлении действия поля и дипольно-релаксационная поляризация практически исчезает. Диэлектрические потери в этом случае будут малы. Дипольные потери будут также малы, если вязкость жидкости мала (практически отсутствует внутреннее трение при поляризации). Наиболее выражены диэлектрические потери в жидкостях, обладающих средним значением вязкости.

Диэлектрические потери в твердых диэлектриках

Твердые диэлектрики подразделяются на:

1. Диэлектрики молекулярной структуры.

2. Диэлектрики ионной структуры.

3. Сегнетоэлектрики.

4. Диэлектрики неоднородной структуры.

1. Диэлектрики молекулярной структуры

• Полярные (бумага, картон, органическое стекло, капрон, эбонит).

• Неполярные (церезин, полистирол, полиэтилен).

Диэлектрические потери, наблюдаемые в неполярных твердых диэлектриках, не содержащих примесей, малы. В полярных твердых диэлектриках будет происходить ориентация дипольных молекул в направлении поля, что увеличивает мощность потерь и приводит к нагреву диэлектрика.

2. Диэлектрики ионной структуры

• С плотной упаковкой частиц в кристаллической решетке (ультрафарфор).

• С неплотной упаковкой частиц в кристаллической решетке (электротехническая керамика).

Чем выше плотность упаковки частиц в решетке, чем меньше решетка содержит примесей, которые искажают ее электростатическое поле, тем меньше мощность диэлектрических потерь.

Если на такие материалы действует повышенная температура, то у них мощность диэлектрических потерь будет увеличиваться благодаря сквозной электропроводности.

Примеси, которые попадают в кристаллическую решетку, на несколько порядков увеличивают мощность диэлектрических потерь.

Отдельно рассматриваются диэлектрические потери, свойственные твердым диэлектрикам аморфной структуры с ионным строением, которые наблюдаются у большинства неорганических стекол. Введение в неорганические стекла тяжелых оксидов (PbO, BaO) приводит к уменьшению мощности диэлектрических потерь в них.

3. Сегнетоэлектрики

В сегнетоэлектриках диэлектрические потери значительны вплоть до точки Кюри. При превышении температурного значения, соответствующего точке Кюри, в сегнетоэлектриках исчезает спонтанная поляризация, что резко уменьшает мощность диэлектрических потерь.

4. Диэлектрики неоднородной структуры

К твердым диэлектрикам неоднородной структуры относятся материалы, смешанные механически и состоящие из двух или более компонентов. Например, электротехническая керамика состоит из кристаллической, стекловидной и газовой фаз. Мощность диэлектрических потерь в ней будет зависеть от количественного соотношения между кристаллической и стекловидной фазами, а также от степени открытой пористости материала. Потери в керамике могут оказаться повышенными, если в процессе производства в керамическом изделии образуются полупроводящие включения с электронной электропроводностью. Увеличение потерь в керамике происходит также за счет адсорбированной влаги при наличии открытой пористости.

К числу неоднородных материалов следует отнести слюду, обладающую слоистой структурой. Наличие полупроводящих прослоек в пластинках слюды вызывает увеличение tg при переменном напряжении низкой частоты по сравнению со значением tg самих весьма тонких монокристаллов этого материала.

Пропитанную бумагу следует также отнести к диэлектрикам неоднородной структуры. Такая бумага, кроме волокон целлюлозы, содержит пропитывающее вещество того или иного состава. Диэлектрические потери пропитанной бумаги определяются электрическими свойствами обоих компонентов, их количественным соотношением н остаточными воздушными включениями.