Лекция 1.3.4. Диэлектрические потери в диэлектриках. Виды диэлектрических потерь факторы влияющие на диэлектрические потери

Факторы, влияющие на диэлектрические потери

Частотная и температурная зависимости диэлектрической проницаемости приведены на рисунке 12а и 12б.

Рисунок 12 - а) Частотная зависимость диэлектрических потерь однородного 1, неоднородного 2 и композиционного диэлектрика; б) Температурная зависимость диэлектрических потерь однородного 1, неоднородного 2 и композиционного диэлектрика.

Температура. Повышение температуры вызывает рост tg, если потери обусловлены проводимостью, т. к. при нагревании диэлектрика возрастает интенсивность смещения или перемещения зарядов (кривая 1 рисунка 12б). Если потери обусловлены поляризацией, то при росте температуры tg проходит через максимум. Это объясняется тем, что при низких температурах вязкость велика и потерь нет, а при высоких температурах вязкость мала и диполи смещаются, не испытывая трения (кривая 2 рисунка 12б). При наличии двух видов потерь, результирующие потери определяются сложной кривой 3 рисунка 12б.

Частота. Увеличение частоты вызывает снижение tg, если потери обусловлены проводимостью (кривая 1 рисунка 12а). В этом случае активная составляющая тока, вызванная утечкой через диэлектрик, не меняется с изменением частоты, а реактивная (емкостной ток) растет пропорционально частоте, поэтому отношение активного тока к реактивному, т. е. tg, будет снижаться с увеличением частоты. Если потери вызваны поляризацией, то tg , будет иметь максимум (кривая 2 рисунка 12а). При низких частотах потери малы, т. к. скорость поворота диполей и смещение ионов при неплотной упаковки невелико, а, следовательно, мало и трение. При очень больших частотах диполи и ионы не успевают поворачиваться или смещаться вслед за частотой электрического поля и поэтому потери, малы. В сложных диэлектриках существуют потери обоих типов и tg получается путем суммирования обоих типов по кривой 3 рисунка 12а. Следовательно, tg с увеличением частоты падает, однако, это не означает, что активные потери снижаются, т. к. Pа = U I cos, где I  Ic = U  C; сos = sin  tg, т.е. Pа = U2  C tg. Снижение tg с ростом частоты меньше соответствует увеличению частоты, а следовательно и потерь с ростом частоты.

Влажность. Появление влаги в любом агрегатном состоянии (эмульгированное, молекулярнорастворимое или газообразное) вызывает рост tg. Это объясняется тем, что у большинства диэлектриков при увлажнении снижается удельное сопротивление, т.е. увеличивается проводимость.

Напряжение электрического поля. Если потери обусловлены ионизацией, то tg увеличивается с ростом напряжения, начиная с Uи, т.е. с напряжения ионизации газового включения. При отсутствии включений tg не зависит от U. Поэтому кривая зависимости tg = f(U) позволяет установить, асть ли воздушные включения в изоляции.

Лекция 1.3.5.Газообразные, твердые и жидкие диэлектрики, их основные виды и свойства.

Электроизоляционными материалами, или диэлектриками, называют такие материалы, с помощью которых осуществляют изоляцию, т. е. препятствуют утечке электрического тока между какими-либо токопроводящими частями, находящимися под разными электрическими потенциалами. Диэлектрики имеют очень большое электрическое сопротивление. По химическому составу диэлектрики делят на органические и неорганические. Основным элементов в молекулах всех органических диэлектриков является углерод. В неорганических диэлектриках углерода нет. Наибольшей нагревостойкостью обладают неорганические диэлектрики (слюда, керамика и др.).

По способу получения различают естественные (природные) и синтетические диэлектрики. Синтетические диэлектрики могут быть созданы с заданным комплексом электрических и физико-химических свойств, поэтому они широко применяются в электротехнике.

По строению молекул диэлектрики делят на неполярные (нейтральные) и полярные. Нейтральные диэлектрики состоят из электрически нейтральных атомов и молекул, которые до воздействия на них электрического поля не обладают электрическими свойствами. Нейтральными диэлектриками являются: полиэтилен, фторопласт-4 и др. Среди нейтральных выделяют ионные кристаллические диэлектрики (слюда, кварц и др.), в которых каждая пара ионов составляет электрически нейтральную частицу. Ионы располагаются в узлах кристаллической решетки. Каждый ион находится в колебательном тепловом движении около центра равновесия - узла кристаллической решетки. Полярные, или дипольные, диэлектрики состоят из полярных молекул-диполей. Последние вследствие асимметрии своего строения обладают начальным электрическим моментом еще до воздействия на них силы электрического поля. К полярным диэлектрикам относятся бакелит, поливинилхлорид и др. По сравнению с нейтральными диэлектриками полярные имеют более высокие значения диэлектрической проницаемости, а также немного повышенную проводимость.

По агрегатному состоянию диэлектрики бывают газообразными, жидкими и твердыми. Самой большой является группа твердых диэлектриков. Электрические свойства электроизоляционных материалов оценивают с помощью величин, называемых электрическими характеристиками. К ним относятся: удельное объемное сопротивление, удельное поверхностное сопротивление, диэлектрическая проницаемость, температурный коэффициент диэлектрической проницаемости, тангенс угла диэлектрических потерь и электрическая прочность материала.

Удельное объемное сопротивление - величина, дающая возможность оценить электрическое сопротивление материала при протекании через него постоянного тока. Величина, обратная удельному объемному сопротивлению, называется удельной объемной проводимостью. Удельное поверхностное сопротивление - величина, позволяющая оценить электрическое сопротивление материала при протекании постоянного тока по его поверхности между электродами. Величина, обратная удельному поверхностному сопротивлению, называется удельной поверхностной проводимостью.

Температурный коэффициент удельного электрического сопротивления - величина, определяющая изменение удельного сопротивления материала с изменением его температуры. С повышением температуры у всех диэлектриков электрическое сопротивление уменьшается, следовательно, их температурный коэффициент удельного сопротивления имеет отрицательный знак. Диэлектрическая проницаемость - величина, позволяющая оценить способность материала создавать электрическую емкость. Относительная диэлектрическая проницаемость входит в величину абсолютной диэлектрической проницаемости. Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости - величина, дающая возможность оценить характер изменения диэлектрической проницаемости, а следовательно, и емкости изоляции с изменением температуры. Тангенс угла диэлектрических потерь - величина, определяющая потери мощности в диэлектрике, работающем при переменном напряжении.

Электрическая прочность - величина, позволяющая оценить способность диэлектрика противостоять разрушению его электрическим напряжением. Механическая прочность электроизоляционных и других материалов оценивается при помощи следующих характеристик: предел прочности материала при растяжении, относительное удлинение при растяжении, предел прочности материала при сжатии, предел прочности материала при статическом изгибе, удельная ударная вязкость, сопротивление раскалыванию.

К физико-химическим характеристикам диэлектриков относятся: кислотное число, вязкость, водопоглощаемость. Кислотное число - это количество миллиграммов едкого калия, необходимое для нейтрализации свободных кислот, содержащихся в 1 г диэлектрика. Кислотное число определяется у жидких диэлектриков, компаундов и лаков. Эта величина позволяет оценить количество свободных кислот в диэлектрике, а значит, степень их воздействия на органические материалы. Наличие свободных кислот ухудшает электроизоляционные свойства диэлектриков. Вязкость, или коэффициент внутреннего трения, дает возможность оценить текучесть электроизоляционных жидкостей (масел, лаков и др.). Вязкость бывает кинематической и условной. Водопоглощаемость - это количество воды, поглощенной диэлектриком после пребывания его в дистиллированной воде в течение суток при температуре 20° С и выше. Величина водопоглощаемости указывает на пористость материала и наличие в нем водорастворимых веществ. С увеличением этого показателя электроизоляционные свойства диэлектриков ухудшаются.

К тепловым характеристикам диэлектриков относятся: температура плавления, температура размягчения, температура каплепадения, температура вспышки паров, теплостойкость пластмасс, термоэластичность (теплостойкость) лаков, нагревостойкость, морозостойкость.

Большое применение в электротехнике получили пленочные электроизоляционные материалы, изготавливаемые из полимеров. К ним относятся пленки и ленты. Пленки выпускают толщиной 5-250 мкм, а ленты - 0,2-3,0 мм. Высокополимерные пленки и ленты отличаются большой гибкостью, механической прочностью и хорошими электроизоляционными свойствами. Полистирольные пленки выпускают толщиной 20-100 мкм и шириной 8-250 мм. Толщина полиэтиленовых пленок обычно составляет 30-200 мкм, а ширина 230-1500 мм. Пленки из фторопласта-4 изготавливают толщиной 5-40 мкм и шириной 10-200 мм. Также из этого материала выпускают неориентированные и ориентированные пленки. Наиболее высокими механическими и электрическими характеристиками обладают ориентированные фторопластовые пленки.

Полиэтилентерефталатные (лавсановые) пленки выпускают толщиной 25-100 мкм и шириной 50-650 мм. Полихлорвиниловые пленки изготавливают из винипласта и из пластифицированного полихлорвинила. Большей механической прочностью, но меньшей гибкостью обладают пленки из винипласта. Пленки из винипласта имеют толщину 100 мкм и более, а пленки из пластифицированного полихлорвинила - 20-200 мкм. Триацетатцеллюлозные (триацетатные) пленки изготавливают непластифицированными (жесткими), окрашенными в голубой цвет, слабо пластифицированными (бесцветными) и пластифицированными (окрашенными в синий цвет). Последние обладают значительной гибкостью. Триацетатные пленки выпускают толщиной 25, 40 и 70 мкм и шириной 500 мм. Пленкоэлектрокартон - гибкий электроизоляционный материал, состоящий из изоляционного картона, оклеенного с одной стороны лавсановой пленкой. Пленкоэлектрокартон на лавсановой пленке имеет толщину 0,27 и 0,32 мм. Его выпускают в рулонах шириной 500 мм. Пленкоасбестокартон - гибкий электроизоляционный материал, состоящий из лавсановой пленки толщиной 50 мкм, оклеенной с двух сторон асбестовой бумагой толщиной 0,12 мм. Пленкоасбестокартон выпускают в листах 400 х 400 мм (не менее) толщиной 0,3 мм.

studfiles.net

Лекция 1.3.4. Диэлектрические потери в диэлектриках

Диэлектрическими потерями называется мощность, рассеиваемая в диэлектрике под действием приложенного к нему электрического поля и вызывающая его нагрев. Рассматривают полные диэлектрические потери вызываемые как при переменном, так и при постоянном напряжениях за счет сквозных токов, обусловленного проводимостью.

Природа диэлектрических потерь в изоляционных материалах различна и зависит от агрегатного состояния вещества: газообразного, жидкого и твердого. При изучении диэлектрических потерь, связанных с явлением поляризации диэлектрик можно отобразить в виде кривых зависимостей заряда Q на обкладках конденсатора с заданным диэлектриком от напряжения электрического поля. Потери, вызванные мгновенными поляризациями, не разогревают диэлектрик и графическое отображение их – линейная зависимость. Потери, вызванные любой замедленной поляризациями, выражаются площадью овала пропорциональной энергии рассеяния на тепло за один период напряжения. Для диэлектриков с спонтанной поляризацией потери энергии за один период определяются площадью, ограниченной петлей гистерезиса.

Рисунок 11 - Векторные диаграммы и эквивалентные схемы диэлектрика с потерями: а – последовательная; б – параллельная.

При постоянном напряжении U ( В) на участке изоляции сопротивлением Rиз (Ом) значение активных потерь Ра ( Вт) определится как

Ра = U2 / Rиз = U I =I2 Rиз, (35)

где I - сквозной ток утечки через диэлектрик или изоляцию, А.

При переменной форме напряжения имеем значение энергии рассеяния на тепло Wа или активные потери Ра, Вт, на участке изоляции емкостью С, пФ, (рис. 11) при действующем значении приложенного напряжения U, В, частоте f, Гц или  = 2  f (круговая частота). Причем, чем больше рассеяние мощности в диэлектрике, переходящей в тепло, тем меньше угол сдвига фаз  и тем больше угол  и, следовательно, его функция tg - тангенс угла диэлектрических потерь, таким образом,

Wа =Ра = U I cos = U I tg = U  C tg. (36)

Для последовательной схемы замещения:

(37)

где tg =  Cs rs. (38)

Для параллельной схемы замещения:

Ра = U2 g = U2 b tg = U2  Cp tg, (39)

где tg = (40)

Приравнивая значения tg при последовательной и параллельной схемах замещения изоляции, если они эквивалентны и мощность Ра одинакова, получим (41)

,

где в первом приближении, пренебрегая tg2 по сравнению с «1», можно считать Ср  Сs  C, тогда активная мощность будит равна Ра = U I tg.

Можно выразить tg из векторных диаграмм рисунков 1.12. 1.13:

tgs = Ua / Uc и tgp = Ia / Ic. (42)

Значения tg для высококачественных материалов составляют тысячные и даже десятитысячные доли единицы, но могут быть и больше для электротехнических материалов более низкого качества (нескольких сотых долей единицы).

Для расчета диэлектрических потерь в единице объема, где напряженность поля равна Е, В/м и любая картина электрического поля (равномерная, резконеоднородная, слабонеоднородная), а также любой неоднородный диэлектрик, принимается эмпирическая формула

Ра = 5,56.10-11. Е2 f  tg. (43)

Произведение относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь ( tg) называется коэффициентом диэлектрических потерь материала. Если величина  = 5,56 10-11 tg, Ом м является объемной удельной проводимостью материала тогда Ра примет вид

Ра =  E. (44)

При переменном напряжении потери обычно больше, чем на постоянном напряжении.

В газообразных диэлектриках при малых напряженностях поля Е, в неполярных жидкостях, таких как сухое трансформаторное масло, в неполярных твердых диэлектриках потери при постоянном и переменном напряжениях одинаковы. Следовательно, на переменном напряжении имеем равенство:

tg = 1,8 1010 / (f  ) = 1,8.1010  / ( f). (45)

Для диэлектриков с большими потерями расчетное значение емкости зависит от выбора схемы замещения и тогда  также окажется зависящей от схемы замещения, т.е. окажется величиной неопределенной, а величина угла потерь и tg от этого не зависит.

studfiles.net

5.3. Виды диэлектрических потерь

ет фазовый сдвиг между приложенным напряжением и поляризованностью диэлектрика) и успевает полностью устанавливаться. Это хорошо видно на рис. 5.7, а, область I. Поэтому зависимостьP = f (E)

линейна (рис. 5.7, б, область I), а угол наклона определяется природой диэлектрика. Энергия, затрачиваемая на поляризацию во время положительной полуволны электрического поля, полностью отдается диэлектриком во время отрицательной полуволны во внешнюю цепь.

Поэтому интеграл по замкнутому контуру ∫ PdE , определяющий

энергию, затрачиваемую электрическим полем на поляризацию единицы объема диэлектрика за один период, равен нулю: W = ∫ PdE ≡ 0.

Это означает, что на низких частотах отсутствуют релаксационные потери и, следовательно, диэлектрические потери определяются лишь потерями сквозной проводимости.

Рассмотренные зависимости характерны для диэлектриков, в которых реализуются только упругие (безынерционные) виды поляризации (электронная, упругоионная и др.).

2. τрел ≈T (рис. 5.7, область II). Если время установления поляризации сравнимо с периодом изменения внешнего поля, то поляризованность отстает по фазе от поляризующего поля на уголϕ (рис. 5.8,а,

область II). Это связано с тем, что в процессе установления поляризации поворот дипольных молекул, смещение ионов и поступательное движение заряженных частиц начинается и происходит только тогда, когда частицы получат от внешнего поля энергию, достаточную для преодоления вязкости среды. Следовательно, в вязкой среде развитие поляризационных процессов происходит с некоторым запаздыванием по отношению к изменению внешнего поля: частицы не успевают отслеживать его изменение. Поэтому зависимость P =f(E) имеет форму незамкнутого эллипса (рис. 5.7,б, область II ), а интеграл по замкнутому контуру, определяющий потери за период, больше нуля:

W = ∫ PdE > 0 . Таким образом, при τрел ≈T на поляризацию затрачи-

вается энергия электрического поля, переходящая в диэлектрические потери.

3. τрел >>T (рис. 5.7, область III). При очень высоких частотах

или большом времени релаксации поляризация не успевает установиться за период изменения внешнего поля (не успевает отследить его изменение). В результате поляризованность диэлектрика (равно как

studfiles.net

8.Виды диэлектрических потерь. Механизм релаксационных потерь в диэлектриках.

Диэлектрические потери по их физической природе и особенностям подразделяют на четыре основных вида:

1) Потери на электропровод­ность;

2) Релаксационные потери;

3) Ионизационные потери;

4) резо­нансные потери.

1)Потери на электропроводность обнаруживаются в диэлектриках, имеющих заметную электропроводность, объемную или поверхностную. Если при этом потери от других механизмов несущественны, то частот­ные зависимости Ра и tgδ, как упоминалось, могут быть получены при использовании параллельной эквивалентной схемы замещения реаль­ного диэлектрика. Диэлектрические потери этого вида не зависят от частоты приложенного напряжения; tgδ умень­ шается с частотой по гиберболическому закону (рис.6.14) . Значение тангенса угла диэлектрических потерь при данной частоте может быть вычислено по фор­муле

tgδ=1,8•1020/εfρ (6.27)

если известно ρ, измеренное на постоянном токе, и ε , измеренная при данной частоте. Потери сквозной электропроводности возрастают с ростом температуры по экспоненциальному закону (см.ниже):

Рaт = А ехр (—b/Т),

где A, b — постоянные материала.

В зависимости от температуры tgδ изменяется по тому же за­кону, так как можно считать, что реактивная мощность (U2ωC) от температуры практически не зависит.

2) Релаксационные потери обусловлены активными составляющими поляризационных токов. Они характерны для диэлектриков, обладаю­щих замедленными видами поляризации, и проявляются в области достаточно высоких частот, когда сказывается отставание поляриза­ции от изменения поля. Рассмотрим происхождение релаксационных потерь на примере дипольно-релаксационной поляризации полярных жидкостей, где физическая картина более проста и отчетлива.

При воздействии на диэлектрик синусоидального напряжения вы­сокой частоты дипольные молекулы не успевают ориентироваться в вязкой среде и следовать за изменением поля. Отставание поляриза­ции можно охарактеризовать зависимостями, показанными на рис. 6.15,а. Оно выражается в появлении некоторого угла фазового запаз­дывания ψ; между поляризованностью диэлектрика Рдр и напряженно­стью поля.

С помощью кривых рис. 6.15,а легко показать, что зависимость Рдр (Е) при наличии фазового сдвига между ними имеет форму эллип­са (рис. 6.15,6). Интеграл по замкнутому контуру о-б-г-е-о, т.е. площадь петли переполяризации, характеризует энергию, затрачивае­мую электрическим полем на поляризацию единицы объема диэлект­рика за один период:

При низкой температуре из-за большой вязкости жидкого диэлект­рика велико время релаксации поляризации (τo>>1/ ω), возмож­ности поворота диполей в вязкой среде крайне ограничены. Поэтому амплитудное значение поляризованности Рдр оказывается незначительным;

Рис. 6.16. Особенности релаксационных потерь в диэлектриках

соответственно, мал и тангенс угла диэлектрических потерь. С повышением температуры вязкость жидкости уменьшается, а время релаксации приближается к времени периода изменения поля. Дипольно-релаксационная поляризация получает большее развитие, бла­годаря чему возрастает tgδдp. При еще более высоких температурах время релаксации становится существенно меньше времени периода изменения напряженности поля. Поэтому практически исчезает за­паздывание поляризации относительно поля (т. е. уменьшается угол отставания по фазе ψ) и уменьшаются релаксационные потери.

С повышением частоты максимум tgδдp смещается в область более высокой температуры. Это связано с тем, что при меньшем времени полупериода инерционность поворота диполей будет сказываться даже при малых то, т. е. при более высоких температурах.

На рис. 6.16,6 приведены два максимума частотной зависимости tgδдp при двух температурах; еще раз подчеркивается различие в час­тотных зависимостях tgδдp и активной мощности Ра.др (на рисунке кривая Ра.др дана только для температуры T2). Возрастание потерь с ростом частоты обусловлено усиливающимся отставанием поляриза­ции от изменения поля (возрастает угол ψ). Когда же частота становит­ся настолько велика, что то τo>>1/ ω, дипольно-релаксационная по­ляризация выражена очень слабо, т.е. амплитудное значение поляризованности Рдр оказывается незначительным. Поэтому малы потери энергии за период Эдр, а соответственно мало значение tgδдp, ха­рактеризующего эти потери. Однако на высоких частотах велико число циклов поляризации диэлектрика в единицу времени и актив­ная мощность, выделяющаяся в диэлектрике, остается практически постоянной, несмотря на уменьшение tgδдp с ростом частоты, что на­ходится в соответствии с формулой (6.17).

.На рис. 6.16,в показано взаимное расположение частотных зави­симостей трех параметров диэлектрика εдр, ε"др и tgδдp характери­зующих дипольно-релаксационную поляризацию.

Рис. 6.16, г—е характеризует изменение потерь с учетом вкладов релаксационного механизма и электропроводности диэлектрика.

Релаксационные потери наблюдаются и у линейных диэлектриков с ионно-релаксационным и электронно-релаксационным механизмами поляризации.

Потери, обусловленные миграционной поляризацией, имеются в материалах со случайными примесями или отдельными компонентами, намеренно введенными в диэлектрик для требуемого изменения его свойств. Случайными примесями в диэлектрике могут быть, в част­ности, полупроводящие вещества, например, восстановленные окис­лы, образовавшиеся в диэлектрике или попавшие в него в процессе изготовления. Ввиду разнообразия структуры неоднородных диэлект­риков и особенностей содержащихся в них компонентов не существует общей формулы расчета диэлектрических потерь.

3) Ионизационные потери свойственны диэлектрикам в газообразном состоянии. Механизм этого вида потерь приведен далее при рассмотрении диэлектрических потерь в связи с агрегатным состоянием ве­щества.

4) Резонансные потери наблюдаются в некоторых га­зах при строго определенной частоте и выражаются в интенсивном по­глощении энергии электромагнитного поля. Резонансные потери воз­можны и в твердых телах, если частота вынужденных колебаний, вызываемая электрическим полем, совпадает с частотой собственных колебаний частиц твердого вещества. Наличие максимума в частотной зависимости tgδ характерно и для резонансного механизма потерь, однако при изменении температуры максимум не смещается.

studfiles.net

Факторы, влияющие на диэлектрические потери

Электротехника Факторы, влияющие на диэлектрические потери

просмотров - 171

Частотная и температурная зависимости диэлектрической проницаемости приведены на рисунке 12а и 12б.

Рисунок 12 - а) Частотная зависимость диэлектрических потерь однородного 1, неоднородного 2 и композиционного диэлектрика; б) Температурная зависимость диэлектрических потерь однородного 1, неоднородного 2 и композиционного диэлектрика.

Температура.Повышение температуры вызывает рост tgd, если потери обусловлены проводимостью, т. к. при нагревании диэлектрика возрастает интенсивность смещения или перемещения зарядов (кривая 1 рисунка 12б). В случае если потери обусловлены поляризацией, то при росте температуры tgd проходит через максимум. Это объясняется тем, что при низких температурах вязкость велика и потерь нет, а при высоких температурах вязкость мала и диполи смещаются, не испытывая трения (кривая 2 рисунка 12б). При наличии двух видов потерь, результирующие потери определяются сложной кривой 3 рисунка 12б.

Частота. Увеличение частоты вызывает снижение tgd, если потери обусловлены проводимостью (кривая 1 рисунка 12а). В этом случае активная составляющая тока, вызванная утечкой через диэлектрик, не меняется с изменением частоты, а реактивная (емкостной ток) растет пропорционально частоте, в связи с этим отношение активного тока к реактивному, т. е. tgd, будет снижаться с увеличением частоты. В случае если потери вызваны поляризацией, то tgd , будет иметь максимум (кривая 2 рисунка 12а). При низких частотах потери малы, т. к. скорость поворота диполей и смещение ионов при неплотной упаковки невелико, а, следовательно, мало и трение. При очень больших частотах диполи и ионы не успевают поворачиваться или смещаться вслед за частотой электрического поля и в связи с этим потери, малы. В сложных диэлектриках существуют потери обоих типов и tgd получается путем суммирования обоих типов по кривой 3 рисунка 12а. Следовательно, tgd с увеличением частоты падает, однако, это не означает, что активные потери снижаются, т. к. Pа = U I cosj, где I » Ic = U w C; сosj = sind » tgd, ᴛ.ᴇ. Pа = U2 w C tgd. Снижение tgd с ростом частоты меньше соответствует увеличению частоты, а следовательно и потерь с ростом частоты.

Влажность.Появление влаги в любом агрегатном состоянии (эмульгированное, молекулярнорастворимое или газообразное) вызывает рост tgd. Это объясняется тем, что у большинства диэлектриков при увлажнении снижается удельное сопротивление, ᴛ.ᴇ. увеличивается проводимость.

Напряжение электрического поля.В случае если потери обусловлены ионизацией, то tgd увеличивается с ростом напряжения, начиная с Uи, ᴛ.ᴇ. с напряжения ионизации газового включения. При отсутствии включений tgd не зависит от U. По этой причине кривая зависимости tgd = f(U) позволяет установить, асть ли воздушные включения в изоляции.

oplib.ru

Виды диэлектрических потерь

Диэлектрические потери по их особенностям и физической природе можно подразделить на четыре основных вида:

1. Диэлектрические потери, обусловленные сквозной электропроводностью.

2. Диэлектрические потери, обусловленные поляризацией.

3. Диэлектрические потери, обусловленные неоднородностью структуры.

4. Диэлектрические потери на ионизацию.

5. Резонансные диэлектрические потери.

Диэлектрические потери, обусловленные сквозной электро-

проводностью, проявляются во всех без исключения диэлектриках, как в постоянных, так и в переменных электрических полях.

Тангенс угла ДП на электропроводность определяется по формуле:

, (26)

где f – частота внешнего электрического поля, Гц; ɛ – относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика; ρ – удельное объемное электрическое сопротивление материала, .

Если в формулу (25) подставить значение tgδ с учетом, что угловая частота , получается, что мощность ДП на электропроводность не зависит от частоты (рис.20, а). Диэлектрические потери, обусловленные электропроводностью диэлектрика, возрастают с температурой (рис. 20, б) по экспоненциальному закону:

(27)

где Pt– потери при температуре t°С; P0 – потери при температуре 0°С; α – постоянная материала.

Тангенс угла ДП изменяется в зависимости от температуры по тому же закону, что и потери в диэлектрике.

 

Рис. 20. Зависимость мощности ДП и tgδ от частоты (а) и температуры (б) для диэлектрика, потери в котором обусловлены сквозной электропроводностью

 

Диэлектрические потери на поляризацию наблюдаются в диэлектриках с релаксационными видами поляризации (полярных, диэлектриках ионной структуры с неплотной упаковкой ионов, сегнетоэлектриках).

Диэлектрические потери, обусловленные неоднородностью

структуры, наблюдаются в слоистых диэлектриках из пропитанной бумаги и ткани, а также в пластмассах с наполнителем, в пористой керамике, в производных слюды – микалентах, микалексе и т.п. Ввиду разнообразия структуры неоднородных диэлектриков и особенностей, содержащихся в них компонентов, общей формулы расчета диэлектрических потерь не существует.

В электроизоляционной технике применяется большое ко-

личество композиционных материалов, обладающих неоднородной структурой. В одних случаях это определяется требованиями механической прочности (волокнистая основа), в других – удешевлением стоимости и приданием необходимых свойств (наполнители в пластмассах и резинах), в третьих – использованием ценных отходов (слюдяные материалы). Потери в таких материалах имеют сложные зависимости.

В качестве примера на рис. 21 приведена зависимость tgδ

от температуры для конденсаторной бумаги, пропитанной ком-

паундом (80% канифоли и 20% трансформаторного масла).Такая пропитанная бумага относится к диэлектрикам с неоднородной структурой и диэлектрические потери определяются электрическими свойствами обоих компонентов.

Рис. 21. Зависимость tgδ от температуры для пропитанной

компаундом конденсаторной бумаги

 

Как видно из рис. 21, зависимость tgδ от температуры имеет два максимума: первый (при низких температурах) характеризует дипольно-релаксационные потери самой бумаги (целлюлозы), второй (при более высокой температуре) обусловлен дипольно-релаксационными потерями пропитывающего компаунда.

Ионизационные диэлектрические потери свойственны диэлектрикам в газообразном состоянии или твердым диэлектрикам, имеющим газовые включения. Ионизационные потери проявляются в неоднородных электрических полях при напряженностях, превышающих значение, соответствующее началу ионизации данного газа. Ионизационные потери могут быть вычислены по формуле:

, (28)

где А – постоянный коэффициент; f – частота приложенного напряжения; Uи– напряжение, соответствующее началу ионизации.

Формула справедлива только при U > Uи. Ионизационное напряжение Uизависит от давления, при котором находится газ. С увеличением давления газа величина напряжения начала ионизации возрастает, так как увеличивается плотность газа и уменьшается длина свободного пробега носителей зарядов, вызывающих ударную ионизацию молекул газа.

Резонансные диэлектрические потери происходят в диэлектрике, когда частота электрического поля приближается к частоте собственных колебаний элементарных частиц диэлектрика (f=109 – 1010 Гц).

Похожие статьи:

poznayka.org

Диэлектрических потерь фактор - Справочник химика 21

    Сравнивая формулы (4.9) и (7.33), получаем выражение для фактора диэлектрических потерь системы  [c.168]

    Диэлектрическая постоянная применяется для расчета угла потерь, а также для обычного типа расчетов при наличии в последовательном соединении различных изоляционных материалов. Коэффициент потерь зависит от величины диэлектрических потерь (фактора мощности) и диэлектрической постоянной и может быть определен как относительная тенденция изоляционного материала поглощать энергию при использовании этого материала в качестве диэлектрика в электрическом поле переменного тока при заданной частоте. [c.281]

    Здесь е" — коэффициент диэлектрических потерь, который часто называют фактором диэлектрических потерь i = [c.232]

    Здесь е" — коэффициент (или фактор) диэлектрических потерь  [c.174]

    Возможности увеличения интенсивности внутреннего тепловыделения при ТВЧ-сушке ограничены пробивной напряженностью воздуха в сушильной камере. Дальнейшая интенсификация, как это видно из формулы (4.12) и частотной зависимости фактора диэлектрических потерь, заключается в значительном увеличении частоты, т. е. при переходе к СВЧ-сушке. [c.166]

    В работе [43] показано, что изменение диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь пленочной воды с утончением пленки свидетельствует о вырождении дипольной ориентационной поляризуемости молекул воды в пленке, обусловленном действием полей поверхностных молекул сорбента. Поэтому уменьшается вклад пленочной воды в диэлектрические свойства обрабатываемого материала по мере утончения пленки. Если принять, что фактор потерь связанной жидкости зависит от толщины пленки h по некоторому закону 62" = Л )> то формулу (7.34) можно записать в [c.168]

    Постоянные электрического поля и ех (индекс О указывает на вакуум, индекс 1 относится к веществу), представляющие собой абсолютные диэлектрические проницаемости, не являются безразмерными величинами. (Их размерность А-с/В-м.) После внесения вещества (в конденсатор) в конденсаторе происходит сдвиг фаз приложенного напряжения и зарядного тока, менее чем на я/2, вследствие возникновения активных составляющих. Возникают диэлектрические потери, и конденсатор потребляет энергию из цепи переменного тока. Для количественного выражения диэлектрических потерь пользуются не величиной угла сдвига фаз ф, а величиной тангенса угла диэлектрических потерь б = 90° — ф [18]. Тангенс б называют фактором диэлектрических потерь. Для тангенса б получено следующее выражение [17]  [c.112]

    Мнимая часть е" комплексной диэлектрической проницаемости е получила название фактора диэлектрических потерь. Диэлектрические потери представляют собой ту часть энергии электрического поля, которая необратимо рассеивается в диэлектрике в виде теплоты. [c.139]

    Прочие факторы влияющие на диэлектрические потери полимеров [c.286]

    Комплексная (или обобщенная) диэлектрическая проницаемость в этом случае слагается из двух компонент, а именно е — действительной части диэлектрической проницаемости образца и е", которая представляет собой коэффициент диэлектрических потерь. Отношение этих двух компонент называют тангенсом угла диэлектрических потерь, или фактором рассеяния (tg6) [c.165]

    Из уравнения (4.1.56) видно, что деформационная поляризация в отличие от ориентационной не зависит от температуры. При диэлектрических измерениях величина диэлектрической проницаемости уменьшается с увеличением частоты поля / по сравнению со своим стационарным значением (при / = 0) в определенной области частот (дисперсионной области) до величины = п. Дисперсия характеризуется зависимостью показателя преломления от длины волны. Обычно показатель преломления возрастает с уменьшением длины волны. Так как в данном случае показатель преломления уменьшается с уменьшением длины волны, эту область называют областью аномальной диэлектрической дисперсии. При этом фактор диэлектрических потерь, тангенс б, характеризующий энергию, получаемую диэлектриком, проходит через максимум при (еоэо — еоо)/2, так как потребление энергии особенно велико, когда время, проходящее между изменением поля, соизмеримо с временем релаксации (резонанс рис. 4.10), [19, 20]. При низких частотах ориентационная поляризация еще безынерционно следует изменению электрического поля. Дальнейшее повышение частот ведет к дисперсии диэлектрической проницаемости. Это явление характеризуется следующим уравнением  [c.113]

    В основе приборов, использующихся для измерения диэлектрической проницаемости (е) и фактора потерь (е"), лежит мостик Ше-ринга (рис. 33.6), работающий на переменном токе в интервале частот (/) 10—10 Гц. Вместо сопротивлений в нем используют импедансы. Для установления баланса по отдельности регулируют емкость и сопротивление переменного импеданса, причем при измерении емкости (Сх) определяют диэлектрическую проницаемость (е), а при измерении сопротивления (Rx) — тангенс угла диэлектрических потерь (tgS). [c.168]

    Данные, получаемые с применением мостика Шеринга, можно обсчитать с помощью компьютерной техники. При этом в компьютер вводятся такие данные, как емкость и сопротивление, толщина образца, площадь ячейки при постоянной температуре и частота приложенного электрического поля. Компьютер тогда рассчитывает емкость при последовательном и параллельном соединении и истинный тангенс угла диэлектрических потерь. Для расчета диэлектрической проницаемости и фактора диэлектрических потерь наряду с этими данными необходимо также знать площадь и толщину образца. [c.169]

    И формой линии неизвестного вещества б) число спинов близко числу спинов неизвестного образца в) физическая форма и диэлектрические потери аналогичны соответствующим характеристикам неизвестного образца г) число спинов, ширина линий и -фактор должны сохраняться неизменными (стабильность во времени и по температуре) д) время спин-решеточной релаксации (Ti) должно быть коротким, чтобы избежать легкого насыщения сигнала. [c.358]

    Фактор диэлектрических потерь е акс [c.86]

    ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ И ПРОНИЦАЕМОСТЬ ПОЛИМЕРОВ [c.81]     Кинетика ТВЧ-сушки определяется электротеплофизическими характеристиками тела и режимными параметрами. Мощность внутреннего источника тепла зависит от напряженности поля, частоты и коэффициента (фактора) диэлектрических потерь, последний же зависит от частоты и влагосодержания [32]. Влияние частоты на коэффициент k = ttgb (где б-угол потерь е - диэлектрическая проницаемость) показано на рис. 7.8. В области низких частот VI большее количество тепла выделяется в материалах, содержащих капиллярную влагу (линии I), чем в материале 2 с адсорбционно связанной влагой. При большей частоте 2> 1 наблюдается обратная закономерность. Указанные особенности приводят к технологическим возможностям локального избирательного нагрева материалов. [c.166]

    Учитывая все сказанное, при монтаже прибора следует тщательно подбирать нужные сорта стекла. Чем больше диэлектрические потери, тем больше возможен перегрев. Диэлектрические потери прямо пропорциональны частоте переменного тока и произведению тангенса угла диэлектрических потерь на диэлектрическую проницаемость материала. Последнее произведение носит название коэффициента (фактора) потерь. Для впаивания электродов следует подбирать стекла с наименьшим коэффициентом потерь, для использования стекла в качестве диэлектрика — с наибольшим удельным сопротивлением. Так, наибольшим электрическим сопротивлением обладают свинцовые (с содержанием окиси свинца—30%), боросиликатные (ДГ-2, Сиал), типа пирекс , алюмосиликатные и кварцевые стекла. [c.17]

    Известно [64], что на практике растворяют целлюлозу в гидратах оксидов третичных аминов, т.е. в присутствии некоторого небольшого количества воды. По существу, вода является обязательным компонентом растворяющей системы, и от ее содержанри зависит концентрация целлюлозы в смешанном растворителе. Рассмотрим вкратце основные факторы, характеризующие взаимодействие воды с самой целлюлозой и с аминоксидным растворителем. Неоднозначность механизма взаимодействия целлюлозы с водой обусловлена сложностью строенрм целлюлозы и самой воды. Вода сопровождает целлюлозу как в процессе роста растений, так и после ее выделения из них. В многочисленных литературных источниках утверждается, что вода взаимодействует только с аморфной частью целлюлозы. Небольшие (до 6-7 масс.%) количества связанной с целлюлозой через образование водородных связей (адсорбированной) воды приводят к значительным изменениям как физических свойств целлюлозы (например, тангенс угла диэлектрических потерь, плотность, температура стеклования), так и свойств самой адсорбированной воды (76, 77]. Кластерная структура воды у поверхности целлюлозы переходит в структуру типа "частокола" из полярных молекул (толщина слоя 1,75-2,25 мкм). Анализ показал [78], что соседние диполи воды (при содержании ее в целлюлозе до 7%) направлены преимущественно параллельно, а при содержании более 10% - антипараллельно. Параллельная ориентация [c.378]

    Такое различие в поведении этих сополимеров объясняется одновременным влиянием на диэлектрические потери двух факторов полярности заместителей и стерических затруднений. Ме-тильные группы в а-положении всегда увеличивают стерические Брепятствия вращению звеньев (стр. 92). Поэтому уменьшение количества метильных групп (увеличение содержания стирола), несмотря ца уменьшение числа полярных групп, облегчает ориентацию звеньев, и значение 1дбмо1.с возрастает. При содержании стирола примерно равном 50 мол% начинает проявляться влияние фактора полярности уменьшается число диполей в единице объема, приводящее к понижению величины диэлектрических потерь. [c.284]

Рис. 47, Зависимость низкочастотной диэлектрической прониц аемостн (а) и фактора диэлектрических потерь (б) от температуры для полярного полимера.

    Смещение областей максимумов " по шкале температур при изменении частоты электрического поля описывается зависимостью lg/макс—1/7, где /макс —частота, а Г —температура, при которых фактор диэлектрических потерь максимален. Как видно из рис. 36, а, характер зависимостей lg/макс—1/7 различен для дипольио-сегментальных и дипольно-групповых процессов. У дипольпо-сегментальных процессов зависимости lg/ aк — [c.85]

    Влияние давления на спектр времен релаксации и величину макс областях дипольно-сегментальной и дипольно-групповой поляризации противоположно действию температуры. Если с повышением температуры спектр времен релаксации дипольно-сег-ментальпой поляризации не изменяется, а уменьшается, то частотные зависимости фактора диэлектрических потерь при различных давлениях не отличаются по ширине максимума, а макс увеличивается при увеличении давления (рис. 38, а). В области дипольно-групповой поляризации при повышении температуры обычно спектр времен релаксации сужается, т. е. ширина [c.89]

    Однако имеются н релаксационные процессы, где фактор диэлектрических потерь уменьшается при снижении степени кристалличности. К таким релаксационным процессам относятся а-процессы у полиэтилена, полиокспметилена, поливинилиденфторида на низких частотах вблизи Т л. Для а-процесса у этих полимеров характерны энергия активации, составляюшая несколько десятков кДж/моль, уменьшение с повышением частоты и исчезновение этих потерь при плавлении полимера. Этот релаксационный процесс очень чувствителен к изменению сферолитной структуры материала. Так же, как и у аморфных полимеров, у частично кристаллических полимеров могут наблюдаться динольно-сегментальные и дипольно-групповые потери, обусловленные молекулярным движением в аморфных областях [4, с. 137]. [c.91]

    Увеличение степени кристалличности приводит к повышению температуры максимума дипольно-сегментальных потерь, т. е. к увеличению наиболее вероятного времени релаксации, при этом температурный коэффициент времени релаксации, т. е. энергия активации, практически пе изменяется. Изменения Гмакс дипольно-групповых потерь при увеличении степени кристалличности носят случайный характер. У некоторых полимеров кристаллизация не влияет на Гмакс дипольно-групповых потерь, у других приводит к небольшому повышению Т макс) 3 У ПОЛИТрИ-фторхлорэтилена, наоборот, — к понижению Г акс. Особенно сильно влияет степень кристалличности на уменьшение фактора диэлектрических потерь в области дипольно-сегментальной релаксации. Так, у полиэтилеитерефталата с изменением степени кристалличности от О до 60% дипольно-сегментальных потерь уменьшается в 4 раза, а дипольно-групповых потерь — всего в 1,6 раза. Увеличение степени кристалличности вызывает резкое уменьшение параметра распределения по временам [c.91]

chem21.info

---

• 
  Кпд тэц
• 
  Датчики холла
• 
  Что такое аппаратный интерфейс
• 
  Вторичные цепи электропередачи
• 
  Диммируемые лампы что это такое
• 
  Напряжение кв
• 
  Принцип импульсный блок питания
• 
  Антенна харченко своими руками для тв
• 
  Аэс как устроена
• 
  Формула різниця потенціалів
• 
  Фасадный светильник