4. Контрольные вопросы

1. Назовите основные виды поляризации диэлектриков. В каких диэлектриках и при каких условиях проявляется каждый вид?

2. Что называется диэлектрической проницаемостью диэлектрика? Какова величина этой характеристики у различных групп диэлектриков?

3. Какие вещества преимущественно обладают мгновенной электронной поляризацией? Как таких веществ изменяется с ростом частоты поля и температуры?

4. Какими видами поляризации преимущественно обладают вещества с ионным строением с плотной и неплотной упаковкой ионов? Как таких веществ изменяется с ростом частоты поля и температуры?

5. Какие виды поляризации характерны для полярных диэлектриков? Как таких диэлектриков зависит от частоты поля и температуры?

6. Физический смысл параметра tg . Связь активных потерь мощностиP_a и tg.

7. Назовите основные виды диэлектрических потерь. В каких диэлектриках и при каких условиях проявляется каждый вид?

8. Как изменяется tg с ростом частоты поля и температуры в диэлектриках, обладающих мгновенными видами поляризации?

9. Как изменяется tg с ростом частоты поля и температуры в полярных диэлектриках?

10. Диэлектриком плоского конденсатора является слоистый материал размером 100х100 мм²и толщиной 1 мм. Определить потери мощности в диэлектрике при постоянном напряжении 1 кВ, если удельное объемное сопротивление диэлетрика 10¹⁰Ом*м

11. Определить значение переменного напряжения на конденсаторе, если при частоте сигнала 2 кГц, рассеиваемая мощность составляет 6 мкВт. Площадь обкладок 10 см², толщина диэлектрика 5 мм,= 4,tg= 0.001. Поверхностной утечкой пренебречь.

12. Как измениться величина рассеиваемой мощности в конденсаторе из задачи 11, если заменить диэлектрик на полярный с = 8 иtg= 0.01?

Лабораторная работа № 4

Зависимость tg  диэлектрика от напряжения

В СИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЯХ

1. Цель работы

1. Экспериментальное определение зависимости tg отUдля диэлектрика с газовыми включениями.

2. Определение напряжения, при котором наступает ионизация газа в порах.

3. Установление влияния напряжения на емкость и диэлектрическую проницаемость диэлектрика.

2. Теоретическое введение

2.1 Зависимость tg  от напряжения

Зависимость tg от приложенного напряженияU, называемая кривой ионизации, является важной характеристикой изоляционного материала. Она позволяет рассчитать мощность, рассеиваемую внутри изолятора, сделать заключение о пористости, напряжении начала ионизации порU_и,установить предельное рабочее напряжение изоляции.

Мощность рассеиваемой энергии (мощность потерь) в сильных полях вызывается как механизмами, имеющими место в слабых полях, так и дополнительным механизмом – ионизацией газовых включений в порах диэлектриков, потому что электрическая энергия заряженной поры после разряда переходит в тепло. Ионизация газовых включений начинается лишь после UU_и, когда напряженность электрического поля в порах достигает значения электрической прочности газовых включений. Электрическая прочность, в свою очередь, зависит от размеров поры и состава газа.

Ионизация газа в порах наряду с выделением тепла в ряде случаев сопровождается химическими превращениями материала изолятора. Особенно сильно химические изменения происходят в органических пористых диэлектриках. Дело в том, что из-за ионизации происходит образование химически активных частиц газа, ускоряющих химические превращения. Например, если пора заполнена воздухом, то электрический разряд в ней превращает кислород и химически инертный азот в озон и окислы азота. Образовавшиеся газы разрушают почти все виды органической изоляции. Изоляционные свойства материала вследствие этого резко ухудшаются.

Одним из экспериментальных методов, позволяющих определить наличие газовых включений и U_и, является измерение зависимости tgотU. Метод основан на том, что дополнительные потери на ионизацию приведут к увеличению tgприU>U_и. Крутизна подъема тем больше, чем выше ионизационные потери, больше пористость. На рис. 28 показана зависимость tgотUдля трех различных случаев: сплошной диэлектрик (рис. 28,а), пористый (рис. 28,б) и изолятор, составленный из двух стеклянных пластин с газовой прослойкой между ними (рис. 28,в).

tg tg tg 

a б в

Рис. 28. Зависимость tg  от напряжения на образце