Диэлектрические потери
1.4. Диэлектрические потери
Диэлектрическими потерями называют энергию, рассеиваемую в единицу времени в диэлектрике при воздействии на него электрического поля и вызывающего нагрев диэлектрика.
Диэлектрические потери в диэлектрике можно характеризовать рассеиваемой мощностью, которая определяется по формуле:
P=U2 ω c tgδ,
где ω – угловая частота (ω=2πf);
с – емкость диэлектрика;
U – напряжение, прикладываемое диэлектрику;
tgδ – тангенс угла диэлектрических потерь.
Углом диэлектрических потерь называют угол, дополняющий до 90° угол сдвига фаз φ между током и напряжением в емкостной цепи. Угол δ покажем на эквивалентных схемах диэлектрика с потерями, рис.1.4.1.
Рис. 1.4.1. Векторная диаграмма и эквивалентная схема диэлектрика с потерями
1.5. Пробой диэлектриков
Диэлектрик, находясь в электрическом поле, теряет свойства электроизоляционного материала, если напряжённость поля превысит некоторое критическое значение. Это явление носит название пробоя диэлектрика. Значение напряжения, при котором происходит пробой диэлектрика, называется пробивным напряжением UПР, а соответствующее значения напряженности поля – электрической прочностью диэлектрика EПР.
Значение пробивного напряжения UПР обычно измеряется в киловольтах, а электрическая прочность ЕПР в киловольтах на сантиметр (кВ/см, кВ/м, МВ/м)
ЕПР
=
,
где h – толщина диэлектрика.
Основные виды пробоя следующие
1. Электрический пробой.
2. Тепловой пробой.
3. Электрохимический пробой (электрическое старение)
Электрический пробой вызывается ударной ионизацией электронами, возникающей в сильном электрическом поле и приводящей к резкому возрастанию плотности электрического тока.
Тепловой пробой обусловлен прогрессивно нарастающим выделением теплоты в диэлектрике под действием диэлектрических потерь или электропроводности, и приводящим к термическому разрушению диэлектрика.
Электрохимический пробой обусловлен медленными изменениями химического состава и структуры диэлектрика, которые развиваются под действием электрического поля или частичных разрядов в диэлектрике, приводя к необратимому уменьшению сопротивления изоляции и пробою её при напряжённостях значительно меньших, чем электрическая прочность диэлектрика. Этот процесс также называется электрическим старением диэлектрика.
Классификации диэлектриков
Существует несколько классификаций диэлектриков.
Чаще всего применяют классификацию диэлектриков по агрегатному состоянию :
− газообразные,
− жидкие
− твердые.
Газообразные диэлектрики
В электроэнергетике чаще всего применяется воздух и элегаз (шестифтористая сера SF6 ). Гексафторид серы был назван впервые исследовавшим этот газ советским ученым. Б. М. Гохбергом элегазом (сокращение от слов «электричество» и «газ»).
Жидкие диэлектрики
Наиболее распространенными жидкими диэлектриками являются:
− нефтяные масла (трансформаторное, конденсаторное и кабельное);
− синтетические жидкости (совол);
− кремнийорганические и фторорганические.
Нефтяное трансформаторное масло
Нефтяное трансформаторное масло получило наиболее широкое применение в высоковольтных аппаратах: трансформаторах, масляных выключателях, высоковольтных вводах.
Чистое масло имеет следующие основные свойства:
− Епр= 100-280 кВ/см;
− ε = 2,2-2,3;
− tgδ = 0,001;
− температуру нагрева до 80°С;
− температуру вспышки не ниже 135°С.
Синтетические жидкие диэлектрики
Полихлордифенил (совол) — густая бесцветная токсичая жидкость. Это полярный диэлектрик (ε =5). Cовол негорюч, пожаробезопасен, стоек к окислению.
Кремнийорганические жидкости − устойчивы при высоких температурах (вплоть до 250°С), а затем горят коптящим пламенем.
Фторорганические жидкости − пожаробезопасны ( полностью негорючи), абсолютно негигроскопичны и имеют высокую нагревостойкость (до 300°С).