Диэлектрические потери в жидких диэлектриках

Раздел 9. Классификация электротехнических материалов (ЭТМ). История применения ЭТМ. Физика диэлектриков.

Лекция №21

Диэлектрические утраты в газообразных диэлектриках

Диэлектрические утраты в жидких диэлектриках

Диэлектрические утраты в жёстких диэлектриках

Диэлектрические утраты в газообразных диэлектриках

Диэлектрические утраты в газообразных диэлектриках в не сильный электрических полях (разглядим на примере воздуха) являются следствием лишь тока сквозной проводимости. Так как у воздуха

Диэлектрические утраты воздуха имеют самое низкое значение и фактически не зависят ни от температуры, ни от частоты напряжения. Но в сильных полях утраты смогут существенно (на пара десятичных порядков) возрастать в следствии поглощения энергии, идущей на ионизацию молекул воздуха — на происхождение чр

Диэлектрические утраты в жидких диэлектриках

В жидких неполярных диэлектриках (к примеру, в нефтяных электроизоляционных маслах) диэлектрические утраты обусловлены лишь током сквозной проводимости и имеют маленькие значения

каковые мало зависят отчастоты и температуры, но значительно зависят от концентрации и природы примеси (рис1). Наличие ионогенной примеси (к примеру, жидкости, свободных органических кислот и т.п.) ведет к значительному повышению электропроводности и, следовательно, диэлектрических утрат.

Из рис. 1, б видно, что с повышением температуры tg? нефтяного трансформаторного масла чистого, сухого возрастает незначительно. Утраты возрастают, поскольку возрастает ток сквозной проводимости.

У масла эксплуатационного с предельно допустимым значением кислотного числа (к.ч. = 0,25 мг КОН/1г;) высокое содержание ионогенной примеси – органических кислот и воды. С увеличением температуры степень диссоциации молекул кислот, воды и второй ионогенной примеси возрастает, следовательно, возрастает ионная проводимость в трансформаторном масле и, как следствие, возрастают диэлектрические

утраты. В жидких полярных диэлектриках (в касторовом масле, полихлордифениле и т.п.) диэлектрические утраты являются следствием как тока сквозной проводимости, так и дипольно-релаксационной поляризации. Наряду с этим дипольно-релаксационная поляризация значительно влияет на неспециализированный уровень диэлектрических утрат.

Величина tg? может иметь значения ~ 10~3—10~2 и более.

При дипольно-релаксационной поляризации tg? при нагревании проходит через максимум и потом с повышением температуры возрастает, поскольку возрастает ток проводимости (рис. 2, а). С повышением частоты напряжения максимум tg?, обусловленный дипольно-релаксационной поляризацией, смещается в сторону более больших температур (см. рис.

2, б).

В случае если диэлектрические утраты измерять в частотном промежутке, то с повышением частоты напряжения 1§8 понижается, в особенности быстро сначала, поскольку уменьшаются утраты, обусловленные током сквозной проводимости. Максимум утрат на кривой зависимости позван дипольно-релаксационной поляризацией.

С ростом частоты напряжения tg? в области максимума возрастает , пока дипольно-релаксационная поляризация успевает следовать за трансформацией поля. В то время, когда же частота делается настолько большой, что диполи уже не успевают ориентироваться в направлении поля и дипольно-релаксационная поляризация понижается, то понижается и 1§8, становясь минимальным. С повышением температуры измерения максимум tg? смещается в область более высоких частот.

Рис. 1. Неспециализированный вид (а) зависимости tg? жидких неполярных диэлектриков от температуры Т:

Рис. 2.Неспециализированный вид (а) зависимости tg? жидких полярных диэлектриков

от температуры

Рис. 3.Теоретическая зависимость tg? полярных диэлектриков от частоты со напряжения: утраты, обусловленные током проводимости (1), дипольно-релаксационной поляизацией (2)

Рис. 4. Кривые зависимости (^б от частоты напряжения со (а) и температуры Т

(б) полярного жидкого диэлектрика разной степени чистоты:

На рис. 4 приведены кривые частотной и температурной зависимости tg? полярного жидкого диэлектрика разной степени чистоты. С повышением номера кривой содержание ионогенной примеси возрастает.

При громадном содержании примеси дипольно-релаксационный максимум утрат возможно всецело замаскирован утратами, обусловленными током проводимости (кривая 3).

3.Диэлектрические утраты в жёстких диэлектриках.

Жёсткие диэлектрики ионного строения

В кристаллических диэлектриках с плотной упаковкой являлось ионами (в кварце, слюде, корундовой керамике и т.п.) наблюдаются электронная и ионная поляризации, не вызывающие рассеивания мощности приложенного электрического поля, исходя из этого диэлектрические утраты в этом случае обусловлены лишь током сквозной проводимости. Диэлектрические утраты этих материалов имеют маленькие значения и при увеличении температуры незначительно возрастают , так как возрастает ток сквозной проводимости.

Наличие примеси, искажающей кристаллическую решетку, ведет к значительному повышению tg?. В диэлектриках аморфных и кристаллических с неплотной упаковкой решетки (в неорганических стеклах, асбесте, электротехнической керамике и т.п.), не считая электронной и ионной поляризаций, имеется и ионно-релаксационная, вызывающая ионно-релаксационные утраты. Диэлектрические утраты в этом случае обусловлены током сквозной проводимости и ионно-релаксационной поляризацией.

Диэлектрические утраты в этих ди•мюктриках выше (1§8 я 10~2), чем в диэлектриках кристаллических с плотной упаковкой являлось ионами и во многом зависят от температуры: при нагревании tg? значительно возрастает.

На значение tg? очень сильно воздействует термообработка. У отожженных стеклянных изоляторов tg? = 0,0073, у закаленных — tg? = 0,125.

Рис 5. Неспециализированный вид (а) зависимости tg? от температуры Г диэлектриков ионного

строения аморфных либо кристаллических с неплотной упаковкой решетки (1) и с плотной упаковкой решетки (II): утраты, обусловленные током проводимости (1) и ионно-релаксационной поляризацией (2);

Жёсткие диэлектрики молекулярного строения. В неполярных диэлектриках (к примеру, в парафине) утраты обусловлены лишь током сквозной проводимости. У этих диэлектриков отмечается электронная поляризация; релаксационные виды поляризации отсутствуют.

Диэлектрические утраты маленькие и при нагревании легко возрастают (подобно кривой (7), Наличие ионогенной примеси (к примеру, жидкости) ведет к значительному возрастанию диэлектрических утрат. В полярных диэлектриках (к примеру, в канифоли) на кривых зависимости tg? от частоты и температуры напряжения, подобно полярным жидким диэлектрикам, проявляется максимум тангенса угла диэлектрических утрат, обусловленный дипольно-релаксационнои поляризацией. В этих диэлектриках,

Рис 6 Зависимость ? (1) и tg? (2) канифоли от температуры Т при 50 Гц

так же как в жидких полярных, диэлектрические утраты складываются из утрат, обусловленных током сквозной проводимости и дипольно-релаксационной поляризацией. .

Полимерные диэлектрики

В неполярных полимерах (в полистироле, полипропилене и др.) диэлектрические утраты при температурах ниже температуры стеклования имеют маленькую величину tg? (10~4—10~5) и

фактически не зависят от частоты приложенного напряжения и весьма слабо зависят от температуры (рис. 7). При нагревании (при ТТс) возрастает и проходит через максимум, обусловленный дипольно-сегментальной поляризацией.

С предстоящим повышением температуры tg? растет благодаря повышения тока проводимости.

Рис 7. Неспециализированный вид (а) зависимости (§6 неполярных полимеров от температуры Т

С повышением частоты приложенного напряжения максимум дипольно-сегментальных утрат смещается в область более больших температур

Полярные полимеры (поливинилхлорид, полиэтилентерефталат, полиамиды и др.) имеют намного большие значения tg? (10~3—10~2 и выше), чем неполярные. С повышением температуры tg? проходит через два максимума, обусловленные соответственно дипольно-групповой (при Т Тс) поляризациями и потом возрастает благодаря повышения тока проводимости.

С повышением степени кристалличности к полиэтилентерефталата диэлектрические утраты понижаются, в особенности существенно в области дипольно-сегментальной поляризации. Эти результаты еще раз говорят о том, что дипольно-сегментальная поляризация имеет место в аморфных полимерах, а в кристаллизующихся полимерах, каковым есть полиэтилентерефталат, — в аморфных областях. Исходя из этого с повышением степени кристалличности полиэтилентерефталата максимум , обусловленный дипольно-сегментальной поляризацией, значительно уменьшается.

С повышением частоты напряжения оба максимума диэлектрических утрат на кривой смещаются в сторону более больших температур. Исходя из этого в области больших температур и СВЧ оба максимума утрат сближаются близко, вызывая один релаксационный максимум диэлектрических утрат.

Рис. 8 Температурная зависимость tg? линейного полиэтилена высокой плотности (/), разветвленного полиэтилена низкой плотности (2) и закаленного полиэтилена (3)

На величину диэлектрических утрат полимеров значительно влияют полярность и относительная влажность и пористость материала воздуха. В следствии накопления жидкости в порах изоляции появляется миграционная поляризация, которая ведет к значительному повышению диэлектрических утрат, в особенности при низких частотах. Исходя из этого у полимеров полярных с повышением относительной влажности воздуха tg? существенно возрастает.

Диэлектрические потери в жидких диэлектриках

Удивительные статьи:

Похожие статьи, которые вам понравятся: