17 Диэлектрические потери в газах

Диэлектрические потери в газах при напряженностях поля, лежащих ниже значения, необходимого для развития ударной ионизации молекул газа, очень малы. В этом случае газ можно практически рассматривать как идеальный диэлектрик. Источником диэлектрических потерь газа может быть в основ­ном только электропроводность, так как ориентация дипольных молекул газов при их поляризации не сопровождается диэлектри­ческими потерями. Как известно, все газы отличаются весьма малой электропровод­ностью, и угол диэлектрических потерь в связи с этим будет ничтожно мал, особенно при высоких частотах. Величина tg  может быть вычислена по формуле . Удельное объемное сопротивление газов—порядка 10¹⁶ Ом-м, 1 и tg  при f = 50 Гц (в отсутствие ионизации) менее 4 • 10^-8.

При высоких напряжениях и неоднородном поле, когда напря­женность в отдельных местах превзойдет некоторое критическое значение, молекулы газа ионизируют­ся, вследствие чего в газе возникают потери на ионизацию. На рис. 3-3 показано влияние газо­вых включений на характер изменения tg  с увеличением напряжения. Кривую tg = f(U) часто называют кривой ионизации. При высоких частотах ионизация и потери в газах возрастают настолько, что явление может повести к разогреву и разрушению изделий с газовой изоляцией, если напряжение превышает Uo. Возникновение ионизации газа, заполняющего закрытые поры в твердой изоляции, нередко приводит к такому же разрушению. Ионизация воздуха сопровождается образованием озона и окислов азота, что вызывает химическое разложение органической изоля­ции, содержащей газовые включения.

18 Диэлектрические потери в жидких диэлектриках

В неполярных жидкостях диэлектрические потери обусловлены только электропроводностью, если жидкость не содержит примесей с дипольными молекулами. Удельная проводимость нейтральных чистых жидкостей, как было указано ранее, чрезвычайно мала, благодаря чему малы и диэлектрические потери. Примером может служить тщательно очищенное от примесей нефтяное конденсатор­ное масло, tg  которого очень мал и может быть рассчитан по фор­муле . Полярные жидкости в зависимости от условий (температура, частота) могут обладать заметными потерями, связанными с дииольно-релаксационной поляризацией, помимо потерь, обусловлен­ных электропроводностью. Применяемые в технике жидкие диэлектрики часто представ­ляют собой смеси неполярных и полярных веществ (например, масляно-канифольные компаунды) или являются полярными жид­костями (совол). У жидких диэлектриков с полярными молекулами заметно проявляется зависимость диэлектрических потерь от вязкости. Удель­ная проводимость таких жидкостей при комнатной температуре 10¹⁰—10¹¹ См-м^-1. Диэлектрические потери, наблюдаемые в поляр­ных вязких жидкостях при переменном напряжении, значительно превосходят потери, обусловленные электропроводностью. Такие потери называют дипольно-релаксационными потерями.

На рис. 3-4 представлены изменения tg  с температурой для масляно-канифольного компаунда при двух значениях частоты. Наименьшие значения tg  на рис. 3-4 соответствуют темпера­турам, при которых вязкость жидкости становится настолько малой, что ориентация диполей происходит практически без трения. По­тери в этом случае малы. Дальнейшее возрастание tg  с повышением температуры объясняется ростом электропроводности, определяющей механизм диэлектрических потерь при повышенных темпе­ратурах. Характер зависимости рассеиваемой мощности Р_а при дипольно-релаксационных потерях в жидком диэлектрике от частоты представлен на рис. 3-5 верхней кривой. По­тери возрастают с частотой до тех пор, пока поляризация успевает следовать за изменением поля. Когда же частота становится настолько велика, что дипольные молекулы уже не успевают пол­ностью ориентироваться в направлении поля и tg  падает, то потери Р_а стано­вятся постоянными.