Что такое диэлектрические потери?

Всем известно, что диэлектрик – это материал, который не дает электрическому току пройти. Таких материалов и веществ существует огромное количество. Кроме существенного свойства, они обладают и рядом других добавочных. К такой особенности относятся диэлектрические потери – энергия, которая рассеивается в материале под влиянием электрических полей. Из-за этой энергии материал нагревается, в результате чего может произойти его тепловое разрушение и другие неблагоприятные последствия. Далее мы рассмотрим, что такое диэлектрические потери в диэлектриках, как они возникают и с помощью чего измеряются.

Содержание:

• Методика расчета
• Виды потерь
• В газах
• В твердых веществах
• В жидкостях
• Обзор измерительных приборов

Методика расчета

Диэлектрические потери требуют измерения по достаточно сложной системе просчета. Эта система состоит из нескольких этапов. В первую очередь необходимо рассчитать мощность, которой обладает диэлектрик и что рассеивается в нем при переменном напряжении. Определяется она по формуле:

Pa=U*Ia

Ниже на рисунке изображены схемы последовательного (а) и параллельного (б) подключения конденсатора и активного сопротивления, а также векторные диаграммы токов в них.

Таким образом, можно определить активный ток, формула расчета которого будет следующая:

Вторая величина — это тангенс угла вектора полного значения тока до его емкости. Этот угол еще называют диэлектрический угол потерь. Ic — емкость диэлектрика.

Делая выводы из полученных данных, получается более развернутая формула для расчета мощности:

При этом ток рассчитывается по формуле: угловая частота*емкость конденсатора. Исходя из предоставленных формул, можно рассчитать мощность следующим образом:

Исходя из этой формулы видно, от каких факторов зависят качество и надежность такого устройства, как диэлектрик. Если смотреть по графику, то видно, что свойства возрастают при уменьшении угла.

Виды потерь В газах

В газообразных веществах электропроводность маленькая и как результат диэлектрические утери также будут незначительными. При поляризации молекул газа ничего не случается. В таком случае применяется так называемая кривая ионизации.

Такая подчиненность свидетельствует о том, что при увеличении напряжения угол также будет повышаться. А это означает, что в изоляции существует включение газа. В случае большой ионизации, потеря газа будет значительной и как результат – нагревание и разрушение изоляции.

Поэтому изготавливая изоляцию очень важно учитывать тот факт, что вкрапления газа должны отсутствовать. Для этого используется особенная обработка. Суть ее заключается в следующем: в вакууме происходит сушка изоляции. Затем поры наполняются компаундом, который находится под напором и потом происходит обкатка.

В результате ионизации появляются окислы азота и озона, которые разрушают изоляцию. В моменты когда эффект ионизации возникает на участке неравномерных полей, это при передаче приводит к снижению коэффициента полезного действия.

В твердых веществах

Твердый диэлектрик обладает определенными характеристиками, такими как состав, структура и поляризация, которые приводят к возникновению диэлектрических потерь. Например, в сере, парафине или полистироле они отсутствуют, поэтому данные вещества широко используют как высокочастотный диэлектрик.

Кварц, соль и слюда обладают сквозной электропроводностью, поэтому они характеризуются незначительной величиной данных потерь.

Диэлектрические потери не зависят от частоты (а), будут уменьшаться вместе с частотой поля по гиперболическому закону. Зато с температурой они зависят напрямую по экспоненциальному закону (б).

Кристаллический диэлектрик, такой как керамика или мрамор обладает характерным показателем этого значения. Это объясняется тем, что в их составе есть примеси полупроводников. Такой материал обладает отличительным свойством: диэлектрические потери напрямую связаны с окружающей средой и ее условиями. Поэтому в зависимости от смены факторов, которые окружают диэлектрик, величина одного материала может изменяться.

В жидкостях

В этом случае потери напрямую связаны с составом материала. Если в жидкостях отсутствуют какие-либо примеси, то она будет нейтральна и утери будут стремиться к нулю, так как электропроводность низкая.

Жидкости с полярностью или с наличием примесей используют для определенных технических целей, так как диэлектрические утери у них будут гораздо выше. Это объясняется тем, что такие жидкости обладают своими особенными свойствами, например, вязкость. А так как их устанавливает дипольная поляризация, то эти жидкости называют дипольными. При возрастании вязкости диэлектрические потери возрастают.

Помимо этого жидкости обладают определенной зависимостью потерь от температуры. Когда температурный режим увеличивается тангенс угла также увеличивается до максимального показателя. Затем опускается до минимального показателя и снова возрастает. Это объясняется тем, что под воздействием температуры изменяется электропроводность.

Обзор измерительных приборов

Существуют специальные приборы для измерения потерь. К ним относят прибор «ИПИ – 10», прибор фирмы Tettex, с его помощью изучаются диэлектрики твердых и жидких веществ. Автоматизированная установка с названием «Тангенс – 3М» используется для определения тангенса угла в жидких диэлектриках (на фото ниже). Также используют измеритель «Ш2 – 12ТМ».

Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео по теме: