Диэлектрические потери

Советы электрика
Нет комментариев
317 просмотров

Диэлектрические потериНаверное, практически все знают, что называют диэлектриком. К ним относятся все категории веществ, не пропускающих электрический ток. Таких веществ достаточно большое количество и помимо этого основного свойства, они характеризуются еще некоторыми дополнительными. Об одной их особенности мы и поговорим сегодня. Что означает термин «диэлектрические потери»? Это вид энергии, которая возникает в диэлектриках в результате воздействия электрических полей. Эта энергия, в свою очередь, ведет к тому, что диэлектрик нагревается.

Если воздействие поля, а значит, напряжение, постоянно, то для определения значения потерь энергии используется сила тока сквозного, который зависит от проводимости. Если же воздействие является переменным, то следует при расчете дополнительно учитывать те потери, которые зависят от поляризации. Кроме того, на значение потерь влияет наличие или отсутствие в диэлектрике дополнительных примесей – окиси железа, газ и др.

Измерение диэлектрических потерь

Измерение диэлектрических потерь подразумевает достаточно сложную систему расчета, состоящую из нескольких действий.

Прежде всего рассчитывается мощность, которая рассеивается в диэлектрике при переменном напряжении. Она равна произведению воздействующего на него напряжения и тока, который проходит через диэлектрики (соответственно, U и la).

Pа = U·Iа

Если вы обратитесь к схеме по замещению диэлектрика, то увидите, что в ее состав входят конденсатор и активное сопротивление, которые соединены между собой последовательно.

По формуле мы можем рассчитать активный ток, проходящий через диэлектрик, он будет составлять произведение тангенса угла от вектора полного значения тока до его емкости lc (соотвественно δ). Δ еще носит название угол диэлектрических потерь (или просто потерь).

Iа = Ic•tgδ

Исходя из этого, можно представить более развернутую формулу расчета мощности следующим образом.

Pa = U•Ic•tgδ

Если при этом принять значение тока разным следующему выражению (буквой С обозначается значение емкости конденсатора, ω – угловая частота).

Ic = U•ω•C

В конечном итоге, мы получаем гораздо более развернутую формулу для расчета мощности в диэлектрике.

Pa = U2•ω•C•tgδ

Из этой формулы уже можно сделать некоторые выводы. Так, мы видим, что значение потерь энергии находится в прямой пропорции от тангенса угла диэлектрических потерь. В свою очередь, от значения этого угла зависит уровень качества нашего диэлектрика. Если резюмировать, то при уменьшении угла возрастает уровень диэлектрических свойств вещества. А значение этого угла позволяет выразить диэлектрические потери количественно и сравнить их между собой у разных диэлектриков.1

Число потерь в газообразных веществах

Так как у газообразных веществ значение электропроводности очень маленькое, то и число потерь диэлектрических в них мало.

Когда происходит поляризация газообразных молекул, диэлектрических потерь при этом не происходит. В данном случае используется зависимость под названием кривая ионизации. Эта зависимость показывает, что если тангенс δ возрастает вместе с возрастанием напряжения, то это является доказательством того, что в таком случае в изоляции есть включения газа. Если ионизация значительна, то и потери газа тоже, а это может привести к тому, что изоляция разогреется и разрушится.2

Поэтому очень важным при изготовлении изоляции является избавление от вкраплений газа. Для того чтобы этого достичь, применяют специальную обработку. Она включает сушку изоляции в состоянии вакуума, после чего все поры заполняет компаунд, находящийся под давлением. Следующим этапом является обкатка.
При ионизации возникает озон и окислы азота, что ведет к разрушению органической изоляции. Если эффект ионизации появляется там, где поля неравномерны, то он ведет к существенному снижению коэффициента полезного действия при передаче (это бывает на линии электропередач).

Появление диэлектрических потерь в твердом диэлектрике

Возникновение потерь в твердом диэлектрике напрямую связано с его характеристиками – структурой, составом и наличием поляризации. К примеру, в сере, полистрироле и парафине совсем нет диэлектрических потерь, а это означает, что могут широко применяться как высокочастотный диэлектрик.

Каменная соль, кварц, слюда и некоторые другие диэлектрики из числа неорганических в связи с поляризацией и таким качеством, как сквозная электропроводность, характеризуются наличием малой величины этого типа потерь. При этом значение диэлектрических потерь не находится в зависимости с частотой, но находятся в прямой зависимости от температуры.

Для мрамора, керамики и других кристаллических диэлектриков характерно наличие потерь, обусловленное наличием в их составе примесей полупроводников – это может быть вода, газ, углерод и др. У этих материалов такое интересное свойство, что потери напрямую связаны с условиями окружающей среды и их величина для одного материала может меняться в зависимости от изменения окружающих факторов.

Характеристика диэлектрических потерь в жидких диэлектриках

Здесь значение потерь напрямую связано с составом. Если жидкость нейтральна и не содержит примесей, то и значение потерь стремится к нулю в связи с низкой электропроводностью.

Для технических целей используются жидrости с полярностью или представляющие собой смесь нейтральной и дипольной (сюда относятся компаунды). У них значение потерь существенно выше.

Потери в полярных жидкостях обусловлены таким свойством, как вязкость и носят название дипольных, так как их определяет дипольная поляризация. При этом при маленькой вязкости потери малы, с ее возрастанием – потери возрастают.

Кроме того, в жидкостях присутствует сложная зависимость диэлектрических потерь от температурного режима. При возрастании температуры тангенс δ возрастает до максимального значения, после чего снова падает до минимального и вновь возрастает, что связано с изменением электропроводности под действием температуры.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.

Наверх