45.Диэлектрические потери в нейтральных диэлектриках.

Диэлектрические потери — электрическая мощность, поглощаемая в диэлектрике под действием приложенного к нему напряжения. Эта мощность рассеивается в изо­ляции, превращаясь в тепло.

Диэлектрические потери могут обуславливаться сквозным током или активными составляющими поляризационных токов. При изучении диэлектрических потерь, непосредственно связанных с поляризацией диэлектрика, можно изобразить это явление в виде кривых, представляющих зависимость электрического заряда на обкладках конденсатора с данным диэлектриком от приложенного к конденсатору напряжения. При отсутствии потерь, вызываемых явлением поляризации, заряд линейно зависит от напряжения и такой диэлектрик называется линейным (рис.1.1,а).

Рис.1.1. Зависимость заряда от напряжения для линейного диэлектрика без потерь (а), с потерями (б).

Если в линейном диэлектрике имеет место замедленная поляризация, связанная с потерями энергии, то кривая зависимости заряда от напряжения приобретает вид эллипса (рис.1.1,б).

Площадь этого эллипса пропорциональна количеству энергии, которая поглощается диэлектриком за один период изменения U.

В случае нелинейного диэлектрика - сегнетоэлектрика, кривая зависимости заряда от напряжения приобретает вид петли такого же характера, как петля гистерезиса из магнитных материалов. В этом случае площадь петли пропорциональна потерям энергии за один период.

Углом диэлектрических потерь называется угол, дополняющий до 90 угол сдвига фаз  между I и U в емкостной цепи. В случае идеального диэлектрика I в такой цепи будет опережать вектор U на 90 , при этом угол  будет равен нулю. Чем больше рассеиваемая в диэлектрике мощность, переходящая в тепло, тем меньше угол сдвига фаз  и тем больше угол диэлектрических потерь  и его функция tg  .

Обычно в качестве характеристики материала или конструкции дается величина тангенса угла диэлектрических потерь tg δ. Иногда вводится добротность изоляции Q -, величина, обратная тангенсу угла потерь:

. tg 

Величина диэлектрических потерь Р [Вт] в участке изоляции с емкостью С [ф] при действующем значении переменного синусои­дального напряжения U [В] и частоте f [Гц] (круговая частота [сек^-1]) определяется из формулы P=U²Ctg, [Вт].

При работе диэлектрика под постоянным напряжением полные потери мощности определяются формулой

U²С_из [Вт],

где I - ток утечки [A];

R_из — сопротивление изоляции [Ом];

С_из — проводимость, [Ом^-1 ].

При включении диэлектрика под постоянное напряжение в нем проходит ток абсорбции. В чистых нейтральных диэлектриках могут наблюдаться токи абсорбции: они объясняются практически неизбежной неоднородностью электрических свойств диэлектрика в различ­ных местах, образованием под действием внешнего поля объемных зарядов в диэлектрике и другими причинами, вызывающими процессы перераспределения зарядов по объёму диэлектрика.

Так как ток абсорбции может существовать при всяких изменениях напряжения на диэлектрике, потери мощности при переменном напряжении больше, чем при постоянном напряжении той же величины.

С увеличением частоты электрического поля длина пробега ионов за время полупериода колебаний уменьшается, а следовательно, уменьшается запасенная ими кинетическая энергия. Кроме того, снижается вероятность столкновения иона со структурными единицами материала. В силу этих причин при росте частоты электрического поля диэлектрические потери снижаются.