1.3 Діелектричні втрати
Діелектричні втрати – це втрати електричної потужності в діелектрику під дією прикладеної напруги, які ведуть до нагріву діелектрика.
Втрати потужності у простому діелектрику під впливом змінної напруги можна визначити за формулою:
, (1.11)
де U – прикладена до діелектрика напруга, В;
Ia – активна складова струму, що протікає через діелектрик, А.
При змінній напрузі, вектор струму, що проходить в діелектрику, випереджає вектор прикладеної напруги на кут , цей струм має дві складові (рисунок 1.8): активну Іа та реактивну Ір.
Рисунок 1.8 – Векторна діаграма струмів у діелектрику
Із векторної діаграми слідує, що:
(1.12)
де – кут між вектором струму І та його реактивною складовою Ір., град
Тоді:
(1.13)
, (1.14)
де – кутова частота, рад/с;
С – ємність конденсатора при кутовій частоті , Ф.
Остаточна формула для визначення діелектричних втрат має вигляд:
(1.15)
2 Фізико-хімічні властивості діелектриків
До фізико-хімічних характеристик діелектриків відносять кислотність, в’язкість, гігроскопічність, водопоглинення, хімостійкість, тропікостійкість та ін.
Кислотність (кислотне число Км ) – характеристика рідких діелектриків, вона визначається кількістю їдкого калію, яка необхідна для нейтралізації усіх вільних кислих з’єднань, що входять до складу 1 грама рідини [5].
Наявність вільних кислот у діелектрику підвищує його провідність і приводить до руйнування матеріалів, з якими стикається діелектрик. Чим менше кислотне число, тим вища якість діелектрика. Наприклад для трансформаторного масла кислотне число повинно бути не більше 0,05 мг/г.
Гігроскопічність – здатність матеріалу поглинати пари води із оточуючого середовища. Гігроскопічність матеріалу визначається за формулою:
, (2.1)
де m1 – маса сухого зразка матеріалу, г;
m2 – маса зразка, г, після витримування його в умовах відносної вологості 96…98% на протязі 24…48 годин.
Підвищення вологості діелектриків погіршує їх електричні властивості.
Водопоглинання – здатність ізоляції вбирати (поглинати) воду. Водопоглинання визначається за виразом:
(2.2)
де m1 – маса сухого зразка матеріалу, г;
m3 – маса зразка, г, після витримування його у воді на протязі 24 годин.
Зволоження діелектриків зменшує їх діелектричні властивості. Пористі матеріали більш гігроскопічні ніж щільні. Гігроскопічність анізотропних матеріалів залежить від їх структури.
В’язкість (внутрішнє тертя) – це властивість газів та рідин чинити опір переміщенню однієї їх частини відносно іншої. Призначення рідкого діелектрика визначається його в’язкістю. В залежності від рівня в’язкості рідкі діелектрики можуть використовуватись як просочувальний матеріал, як охолоджуюче середовище, чи як середовище для гасіння дуги. В’язкість рідини в значній мірі залежить від температури, тому правила технічної експлуатації регламентують значення в’язкості рідких діелектриків при певній температурі. Кінематична в’язкість вимірюється в м2/с. Кінематична в’язкість трансформаторного масла при 200С повинна дорівнювати 17....18,5 10-6 м2/с.
Хімостійкість – здатність матеріалів протистояти хімічно активним речовинам. Для визначення хімостійкості матеріали поміщують в агресивне середовище, а потім визначають зміну їх маси, зовнішнього вигляду та ін. [5].