Діелектричні втрати

Діелектричні втратиНапевно, практично всі знають, що називають діелектриком. До них відносяться всі категорії речовин, що не пропускають електричний струм. Таких речовин досить велика кількість і крім цього основного властивості, вони характеризуються ще деякими додатковими. Про їх особливості ми і поговоримо сьогодні. Що означає термін «діелектричні втрати»? Це вид енергії, яка виникає в діелектриках в результаті впливу електричних полів. Ця енергія, у свою чергу, веде до того, що діелектрик нагрівається.

Якщо вплив поля, а значить, напруга, постійно, то для визначення значення втрат енергії використовується сила струму наскрізного, який залежить від провідності. Якщо ж вплив є змінним, то слід при розрахунку додатково враховувати ті втрати, що залежать від поляризації. Крім того, на значення втрат впливає наявність або відсутність в діелектрику додаткових домішок – окису заліза, газ та ін.

Вимірювання діелектричних втрат

Вимірювання діелектричних втрат передбачає досить складну систему розрахунку, що складається з декількох дій.

Перш за все розраховується потужність, що розсіюється в діелектрику при змінній напрузі. Вона дорівнює добутку впливає на нього напруги і струму, який проходить через діелектрики (відповідно, U і la).

Ра = U·Іа

Якщо ви звернетеся до схеми заміщення діелектрика, то побачите, що в її склад входять конденсатор і активний опір, які з’єднані між собою послідовно.

По формулі ми можемо розрахувати активний струм, що проходить через діелектрик, він буде складати твір тангенса кута від вектора повного значення струму до його ємності lc (відповідно ?). ? ще носить назву кут діелектричних втрат (або просто втрат).

Іа = Ic•tg?

Виходячи з цього, можна уявити більш розгорнуту формулу розрахунку потужності наступним чином.

Pa = U•Ic•tg?

Якщо при цьому прийняти значення струму різних наступному вираженню (З буквою позначається значення ємності конденсатора, ? – кутова частота).

Ic = U•?•C

У кінцевому підсумку, ми отримуємо набагато більш розгорнуту формулу для розрахунку потужності в діелектрику.

Pa = U2•?•C•tg?

З цієї формули вже можна зробити деякі висновки. Так, ми бачимо, що значення втрат енергії знаходиться в прямій пропорції від тангенса кута діелектричних втрат. У свою чергу, від значення цього кута залежить рівень якості нашого діелектрика. Якщо резюмувати, то при зменшенні кута зростає рівень діелектричних властивостей речовини. А значення цього кута дозволяє висловити діелектричні втрати кількісно і порівняти їх між собою у різних діелектриків.Діелектричні втрати

Число втрат в газоподібних речовинах

Так як у газоподібних речовин значення електропровідності дуже маленьке, то і число діелектричних втрат в них мало.

Коли відбувається поляризація газоподібних молекул, діелектричних втрат при цьому не відбувається. В даному випадку використовується залежність під назвою крива іонізації. Ця залежність показує, що якщо тангенс ? зростає разом із зростанням напруги, то це є доказом того, що в такому випадку в ізоляції є включення газу. Якщо іонізація значна, то і втрати газу теж, а це може призвести до того, що ізоляція розігріється і зруйнується.Діелектричні втрати

Тому дуже важливим при виготовленні ізоляції є позбавлення від вкраплень газу. Для того щоб цього досягти, застосовують спеціальну обробку. Вона включає сушіння ізоляції в стані вакууму, після чого заповнює всі пори компаунд, що знаходиться під тиском. Наступним етапом є обкатка.
При іонізації виникає озон і окисли азоту, що веде до руйнування органічної ізоляції. Якщо ефект іонізації з’являється там, де поля нерівномірні, то він веде до істотного зниження коефіцієнта корисної дії при передачі (це буває на лінії електропередач).

Поява діелектричних втрат в твердому діелектрику

Виникнення втрат у твердому діелектрику безпосередньо пов’язане з його характеристиками – структурою, складом і наявністю поляризації. Приміром, в сірці, полистрироле і парафіні зовсім немає діелектричних втрат, а це означає, що можуть широко застосовуватися як високочастотний діелектрик.

Кам’яна сіль, кварц, слюда і деякі інші діелектрики з числа неорганічних у зв’язку з поляризацією і такою якістю, як наскрізна електропровідність, характеризуються наявністю малої величини цього типу втрат. При цьому значення діелектричних втрат не знаходиться в залежності з частотою, але знаходяться в прямій залежності від температури.

Для мармуру, кераміки та інших кристалічних діелектриків характерно наявність втрат, обумовлений наявністю в їх складі домішок напівпровідників – це може бути вода, газ, вуглець та ін У цих матеріалів таке цікаве властивість, що втрати безпосередньо пов’язані з умовами навколишнього середовища та їх величина для одного матеріалу може змінюватися залежно від зміни навколишніх чинників.

Характеристика діелектричних втрат в рідких діелектриках

Тут значення втрат безпосередньо пов’язано зі складом. Якщо рідина нейтральна і не містить домішок, то і значення втрат прагне до нуля у зв’язку з низькою електропровідністю.

Для технічних цілей використовуються жидгости з полярністю або представляють собою суміш нейтральною і дипольної (сюди відносяться компаунди). У них значення втрат істотно вище.

Втрати в полярних рідинах обумовлені таку властивість, як в’язкість і носять назву дипольних, так як їх визначає дипольна поляризація. При цьому при маленькій в’язкості втрати малі, з її зростанням – втрати зростають.

Крім того, в рідинах присутня складна залежність діелектричних втрат від температурного режиму. При зростанні температури тангенс ? зростає до максимального значення, після чого знову падає до мінімального і знову зростає, що пов’язано зі зміною електропровідності під дією температури.

Поділитися з друзями
Ремонт та вироби своїми руками