Електропровідність діелектричних матеріалів та діелектричні втрати й пробої в них (стр. 3 из 3)

тоді:

Потужність втрат не залежить від частоти.

Якщо втрати обумовлені опорами омічних контактів, виводів та електродів, то активна потужність розраховується, як для послідовної схеми:

З виразу видно, що активна потужність зростає пропорційно квадрату частоти.

Види діелектричних втрат в діелектричних матеріалах

Діелектричні втрати за їх особливостями та фізичною природою поділяють на чотири основних види:

обумовлені поляризацією;

обумовлені наскрізною електропровідністю;

іонізаційні;

обумовлені неоднорідністю структури.

Діелектричні втрати, що обумовлені поляризацією, особливо відчутно спостерігаються в діелектриках:

з релаксаційною поляризацією;

дипольної структури;

іонної структури з нещільною упаковкою іонів.

Діелектричні втрати, що обумовлені наскрізною електропровідністю, спостерігаються в діелектриках, які мають значну об’ємну або поверхневу електропровідність. В цьому випадку tgd визначається за формулою:

Діелектричні втрати, що обумовлені наскрізною електропровідністю, зростають зі збільшенням температури за експоненціальним законом.

Ра_Т = А∙е ^(-b/Т), (9)

де А та b – постійні діелектричного матеріалу.

Наближено формулу (9) можна записати так:

Ра_Т = Ра₀ ∙e^{(a ∙t)},

де Ра_Т – втрати при температурі t⁰С; Ра₀ – втрати при температурі 0⁰С; a - постійна діелектричного матеріалу.

Тангенс кута діелектричних втрат змінюється за цим же законом.

Іонізаційні діелектричні втрати спостерігаються в діелектриках, що знаходяться в газоподібному стані та виявляються в неоднорідних електричних полях при напруженості, що перевищують значення напруженості іонізації та визначаються за формулою:

Ра_І = А₁∙f∙(U – U_I)³,

де А₁- постійний коефіцієнт; f – частота зміни електричного поля; U – величина прикладеної до діелектрика напруги; U_І – величина напруги початку іонізації (залежить від тиску під яким знаходиться газ).

Діелектричні втрати, що обумовлені неоднорідністю структури спостерігаються в слоїстих діелектриках з пропитаного паперу та тканин, пластмасах з наповнювачем, пористій кераміці і т. і.

Універсальної формули для розрахунку діелектричних втрат цього виду не існує у зв’язку з різноманітністю структури неоднорідних діелектриків та особливостями компонентів, що містяться в них.

3. Загальна характеристика явища пробою (п.)

Діелектрик, який знаходиться в електричному полі, втрачає властивості електроізоляційного матеріалу, якщо напруженість поля перевищує деяке критичне значення Екр. Це явище носить назву пробою діелектрика або порушення його електричної міцності.

Значення напруги, при якій відбувається пробій діелектрика, називається пробивною напругою, а відповідне йому значення напруженості поля електричною міцністю діелектрика. Пробивна напруга позначається Uпр і частіше всього вимірюється в кіловольтах [кВ].

Електрична міцність визначається пробивною напругою, віднесеною до товщини діелектрика в місці пробою:

Пробій газу обумовлюється явищами ударної та фотонної іонізації. Умовою іонізації газу є:

W ³ Wі або Е × l × q ³ Wі,

де q – заряд; U_l - спад напруги на довжині вільного пробігу l; Е – напруженість електричного поля; Wі – енергія іонізації. W включає в себе енергію зовнішнього електричного поля та енергію теплового руху невеликої кількості позитивних та негативних іонів і електронів, що містяться в газі.

Енергію іонізації характеризують іонізаційним потенціалом

Ui = Wі / q,

який для більшості газів знаходиться в межах від 4 до 25[В], що відповідає енергії іонізації

Wі = 4¸25 [еВ].

Пробій рідинних діелектриків відбувається в результаті іонізаційних та теплових процесів. Одним з головних факторів виникнення пробою в рідинах є наявність домішок.

Пробій твердих тіл може викликатися як електричними так і тепловими процесами під дією електричного поля.

Розрізняють наступні види пробою твердих діелектриків:

електричний пробій макроскопічних однородних діелектриків;

електричний пробій неоднорідних діелектриків;

тепловий (електротепловий) пробій;

електрохімічний пробій.

Кожний з цих пробоїв може мати місце у одному й тому ж матеріалі в залежності від умов:

постійна або змінна напруга;

частота напруги висока або низька;

наявність дефектів в діелектрику;

температура;

час дії напруги.

Електричний пробій пов’язаний з електричними процесами в діелектрику, які виникають при дії сильного електричного поля та призводять до раптового різкого зростання щільності струму в конкретному локальному місці.

Тепловий пробій – це зменшення активного опору діелектрика під впливом розігріву в електричному полі, що приводить до зростання активного струму та подальшого розігріву з можливим руйнуванням діелектрика.

Пробій може бути викликаний також електрохімічними процесами в діелектрику під впливом електричного поля.

Висновки: Розглянуті параметри та характеристики дозволяють виконати кількісну оцінку властивостей різних типів діелектричних матеріалів.