Виды диэлектрических потерь

Различают следующие виды диэлектрических потерь:

имеют место при V H

1. потери, обусловленные электропроводностью (током сквозной проводимости);

2. потери, вызванные релаксационными видами поляризации;

3. ионизационные потери. возникают только в сильных электрических полях

Диэлектрические потери, обусловленные электропроводностью

Наблюдаются у всех ДЭ и количественно могут быть оценены величинами:

• - удельная электропроводность;

• - удельное сопротивление;

В ДЭ с молекулярной структурой неполярных (воздух, нефтяные электроизоляционные масла, парафин и т.п.) или имеющих ионную структуру (кварц, слюда, корунд и т.п.) этот вид потерь являетсяединственным.

,

где R– активное сопротивление ДЭ, Ом;

- угловая частота, с^-1;

С – емкость диэлектрика, Ф;

- циклическая частота, Гц;

- относительная диэлектрическая проницаемость;

- электрическая постоянная,;

S– площадь измерительного электрода, м²;

h– толщина диэлектрика, м.

- плотность образца, кг/м².

Из получившегося выражения следует, что уменьшается с увеличением частоты по гиперболическому закону. Однако потери на Э существуют лишь при низких частотах (до 10³Гц), а при частотах выше 10⁴Гцстановится величиной незначительной – 10^-4и менее.

С увеличением частоты (в областях низких частот) снижается, так как возрастаетI_r (). Величинупри данной частоте можно определить, используя полученную ранее формулу, если известны значенияипри данной частотеf.

С повышением температуры диэлектрические потери, обусловленные удельной электропроводностью , возрастают, так как увеличивается концентрацияnионов и их подвижностьa(определяется как отношение дрейфовой скорости заряда к напряженности электрического поляE, возрастает экспоненциально с увеличением температуры):

,

где а – подвижность ионов, ;

n– концентрация ионов, м^-3.

,

- максимальная подвижность иона;

W_пер – энергия перемещения иона с ловушки на ловушку (энергия перехода иона с одного равновесно положения в другое).

kT– постоянная Больцмана;

По аналогичному закону изменяется в зависимости от температуры и величина рассеиваемой мощности Р. Реактивная мощность практически от температуры не зависит.

Диэлектрические потери, вызванные релаксационными видами поляризации

Количественно могут быть оценены величиной . Наиболее часто встречаемые и важными из них являются:

1. дипольно – релаксационные потери(в полярных диэлектриках молекулярного строения);

Представим общий вид температурной зависимости тангенса угла ДП, обусловленных Д-Р поляризацией:

При нагревании возрастает, проходит через максимум и далее снижается. Это объясняется тем, что при нагревании в полярных диэлектриках молекулярного строения имеют места 2 процесса:

участок а-б:в результате ослабления межмолекулярных сил, вызванного повышением температуры, улучшаются условия ориентации диполей вдоль силовых линий поля, поэтому Д-Р П и Д-Р потери возрастают, так как вся энергия расходуется на ориентацию диполей;

участок б-в:Д-Р П и Д-Р потери уменьшаются в результате роста энергии хаотического теплового движения полярных молекул.

2. ионно-релаксационные потери(в ДЭ ионного строения аморфных или кристаллических с неплотной упаковкой ионов;

Эти потери при нагревании существенно возрастают, так как увеличивается И-Р П в результате ослабления ионных связей и облегчения перехода слабо связанных ионов в вакансии решетки, а также в результате увеличения концентрации релаксаторов (слабосвязанных ионов). И-Р потери, как и образующая их , обычно наблюдаются при частотах 10⁶-10¹⁰Гц.

В диэлектриках, представляющих собой композиционные материалы(полимеры с порошкообразным, волокнистым или листовым наполнителем, например, гетинакс, текстолит), а также содержащих включения из проводящей и полупроводящей примеси (напрмер пор, заполненных влагой), будут возникать дополнительно диэлектрические потери, обусловленные миграционной поляризацией.

3. потери, вызванные миграционной поляризацией.

Возникают в диэлектриках, представляющих собой композиционные материалы(полимеры с порошкообразным, волокнистым или листовым наполнителем, например, гетинакс, текстолит), а также содержащих включения из проводящей и полупроводящей примеси (напрмер пор, заполненных влагой), будут возникать дополнительно диэлектрические потери, обусловленные миграционной поляризацией.

Ввиду разнообразия структуры неоднородных диэлектриков и особенностей содержащихся в них компонентов не существует общей формулы расчета ДП этого вида.

4. Ионизационные потери– это часть мощности приложенного электрического поля, которая расходуется на ионизацию молекул газа.