Определение и основные понятия. Тема 4. Диэлектрические потери

Тема 4. Диэлектрические потери.

Электропроводность твердых диэлектриков.

Электропроводность твердых диэлектриков обуславливается перемещением ионов как самого диэлектрика, так и ионов случайных примесей.

Для твердых неполярных диэлектриков молекулярного строения электропроводность связана только с наличием в них ионогенных примесей. В полярных диэлектриках условия образования ионов более благоприятные, чем в неполярных, поэтому они имеют более низкое удельное сопротивление. Величина удельного сопротивления полярных диэлектриков тем ниже, чем выше полярность молекул и чем выше температура.

Удельная электропроводность твердых диэлектриков в области слабых электрических полей не зависит от напряженности поля, что соответствует выполнению закона Ома. Однако, в области сильных электрических полей наблюдается отклонение от закона Ома. В этой области электропроводность диэлектрика резко возрастает за счет появления режима электронной проводимости. При дальнейшем увеличении напряжения возникает пробой.

Удельная поверхностная электропроводность обусловлена наличием влаги и загрязнений поверхности, что увеличивает ионную составляющую проводимости. С увеличением полярности диэлектрика и влажности воздуха, поверхностная проводимость растет значительно быстрее, чем объемная.

Диэлектрическими потерями P (Вт) называют ту часть энергии приложенного электрического поля, которая рассеивается в диэлектрике в единицу времени. Эта энергия переходит в тепло и диэлектрик нагревается.

При недопустимо высоких потерях изоляция может нагреваться до температур, приводящих к тепловому разрушению.

Диэлектрические потери электроизоляционных материалов характеризуются тангенсом угла диэлектрических потерь tg δ, где δ – угол, дополняющий до 90 град угол сдвига фаз между током и напряжением в схеме замещения диэлектрика, рис.4.1.

δ = 90 - φ

Величина tg δ является важной характеристикой диэлектриков. Чем больше tg δ, тем более высокими будут диэлектрические потери. Для наиболее широко применяемых диэлектриков tg δ имеет значение в пределах 0,001 – 0,03.

Диэлектрические потери могут иметь место как при постоянном, так и при переменном напряжении. При постоянном напряжении потери обусловлены токами сквозной проводимости. Величина диэлектрических потерь в этом случае обратно пропорциональна значениям удельного объемного и поверхностного сопротивления диэлектрика

При переменном напряжении диэлектрические потери возникают как под действием тока сквозной проводимости, так и релаксационных видов поляризации. Деформационные виды поляризации не сопровождаются дополнительными потерями.

В сильных электрических полях возникают также ионизационные потери.