Виды диэлектрических потерь

Потери на электропроводность – обусловлены сквозными токами. Преобладают над другими потерями в диэлектриках с высокой объемной или поверхностной электропроводностью.

(!) Единственный вид потерь в однородном неполярном диэлектрике. Наблюдаются во всех диэлектриках.

P = U²/R

tgδ = 1/(ωC_рR) (в этом случае используется || схема замещения).

Мощность (Р) от ω не зависит.

tgδ = tgδ₀ e ^aT

Ионные кристаллы:

tgδ = (1.8×10¹⁰× γ₀/ε×f)exp(-W_a /kT) (Р_с от Т практически не зависит).

 

tgδм » r ω Cs r, Cs - сопротивление обкладок и емкость последовательной схемы замещения конденсатора

↑w →потери в проводящих частях (электродах) конденсатора (P_а = U ²ωC_s² r) ↑

 

Релаксационные потери – обусловлены абсорбционными токами, т.е. замедленными поляризациями.

При дипольно-релаксационной поляризации (см. рис. выше):

↑f →время релаксации> (1/2f) →диполям не хватает времени для ориентации→ tgδ↓. Р_а↑при ↑f до тех пор, пока диполи успевают ориентироваться по полю, после этого Р_аот f не зависит.

↑температуры →молекулярные силы ослабляются(диполи легче ориентируются по полю)→поляризация может усилиться (tgδ↑),но при этом↑энергия теплового движения молекул→ориентирующее влияние поля↓(tgδ↓).

полярные полимеры

Для некоторых полярных полимеров может наблюдаться несколько максимумов в зависимости tgδ(Т). При температуре выше температуры стеклования Т_c у полимеров возможна ориентация крупных блоков макромолекул-сегментов (дипольно-сегментальная поляризация). Дипольно-сегментальная поляризация приводит к появлению высокотемпературного максимума (α). Этот вид поляризации может не наблюдаться у полимеров с очень жесткими макромолекулами. Характерная зависимость tgδ от температуры для полимерного диэлектрика с дипольно-групповыми (β, γ, δ) и дипольно-сегментальными потерями (α) показана на рисунке выше.

Релаксационные потери в стеклах (за счет ионно-релаксационной поляризации) отличаются широким набором времен релаксаций →сглаживание (размытие)максимумов в зависимостяхtgδ(Т) и tgδ(f). Сглаженные максимумы могут маскироваться потерями на электропроводность и не проявляться в явном виде.При f > 10⁷-10⁸ Гцпотери ↑монотоннов большинстве стекол, ситаллов и керамик.

Ионизационные потери - возникают за счет ионизации молекул газа в основном в неоднородных электрических полях, при Е поля > Е ионизации.

Р_аи = А₁*f(U-U_ион)³ – приблизительная формула для мощности потерь.

U_ион –напряжение, соответствующее началу ионизации, А₁ -const.

Формула справедлива при U > U_ион и линейной зависимости tgδ(Е).

Давление газа ↑ →длина свободного пробега электронов ↓ →вероятность актов ионизаций молекул ↓→U_ион ↑.

¬ Кривая ионизации после В весь газ ионизирован →энергия на ионизацию не затрачивается →tgδ ↓

(!)tgδ(U)↑ →это признак газовых включений в материале.

В области ВЧ ионизация и потери в газах ↑ настолько, что это может привести к разогреву и разрушению изделий с газовой изоляцией при U > U_ион.

Ионизация воздухав порах изоляционного материала часто приводит к образованию озона и окислов азота →возможнохимическое разрушение (разложение) материала.

Потери за счет неоднородности диэлектрика – обусловлены миграционной поляризацией. Наблюдаются в диэлектриках с проводящими или газовыми включениями, слоистых материалах (гетинакс, текстолит).

Это дополнительные релаксационные потери.

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 зависимости tgδ(f) характерно и для резонансного механизма потерь, однако при изменении температуры максимум не смещается.