Залежність діелектричних втрат від напруженості поля

При підвищених напруженостях електричного поля в діелектриках можуть спостерігатися іонізаційні втрати.

Іонізаційні втрати в газах і газових порожнинах твердих діелектриків можна описати степеневою функцією напруженості поля:

P = Af(E - E_вчр)^m,

де А - коефіцієнт, що залежить від виду матеріалу, конструктивних особливостей, геометричних розмірів і дефектності діелектрика;

E - напруженість поля, за якої стають можливими іонізаційні процеси;

m – емпіричнийкоефіцієнт, для втрат в газах m = 3, для часткових розря­дів у твердих діелектриках при змінній напрузі m = 3...11, при постійній - m = 10...14.

При E>Е_вчр tgd ~E^m-2 тому що реактивна потужність пропорційна E². Для одиничної великої порожнини

P~E , tgd ~E^-1 .

Іонізаційні втрати в широкому діапазоні частот (до 10⁵ Гц) лінійно зростають з частотою.

Завдання для самостійної підготовки

1. Вияснити фізичну суть діелектричних втрат та їхнє практичне значення.

2. Обґрунтувати гіперболічний характер залежності tgd від частоти для діелектричних втрат на електропровідність.

3. Вивчити закономірності впливу зовнішніх факторів (електричне поле, його частота, температура, вологість) на діелектричні втрати у діелектрикові.

4. Встановити взаємозв'язок між будовою речовини та домінуючими в ньому видами діелектричних втрат.

5. Підібрати приклади застосування діелектриків з врахуванням вашої спеціальності для випадку, коли діелектричні втрати - основний критерій придатності матеріалу.

Контрольні запитання

Чим викликанні втрати електричної енергії в діелектричних матеріалах?

Наведіть визначення основних фізичних величин та технічних параметрів діелектриків, пов’язаних з діелектричними втратами.

Чи існують діелектрики без втрат? Від яких факторів залежать діелектричні втрати?

Який параметр використовується для практичної оцінки рівня діелектричних втрат?

Чи є значення tgd постійним для матеріалу? Від яких факторів залежать діелектричні втрати?

Як за діелектричними втратами визначити тип діелектрика? Чи можна зробити це однозначно?

Як за діелектричними втратами визначити наявність у матеріалі газових включень?

За яким параметром слід визначати сферу застосування діелектричного матеріалу

Запитання для контрольних робіт

1.Дайте означення поняття діелектричні втрати. Охарактеризуй­те природу втрат у постійних і змінних полях. Що називається кутом діелектричних втрат? Наведіть вирази для визначення повних і питомих втрат.

2.Наведіть схеми заміщення діелектрика з втратами та вектор­ні діаграми для них. Виведіть вирази для tgd та потужності втрат для цих схем, а також формулу зв’язку між параметрами схем заміщення. Які обмеження накладаються на застосування схем заміщення діелектри­ка з втратами?

3.Назвіть і охарактеризуйте види діелектричних втрат. Наведіть приклади діелектриків, в яких переважають окремі види втрат. Для всіх названих матеріалів наведіть значення тангенса кута ді­електричних втрат.

4.Охарактеризуйте діелектричні втрати у газах. Що називається кривою іонізації електричної ізоляції (наведіть її) і яке вона має практичне значення?

5. Характер температурних залежностей e·та tgdпри релаксаційній поляризації (наведіть графіки, їх пояснення та приклади діелектриків). Що називається часом релаксації?

6.Охарактеризуйте діелектричні втрати у нейтральних і поляр­них рідких діелектриках. Наведіть приклади залежностей від темпера­тури та частоти, поясніть їх.

7.Охарактеризуйте діелектричні втрати у твердих діелектриках. Наведіть приклади залежностей tgd від температури та частоти, поясніть їх.

8.Між плоскими електродами помістили куб діелектричного матеріалу з ребром а. Обчисліть значення сили струму, який про­тікає в колі, та діелектричні втрати за постійної та змінної напру­ги.

9.Циліндричний стержень діаметром dта довжиною l з діелектричного матеріалу помістили торцями між електродами, до яких підведена напруга U . Обчисліть значення струму в колі та ді­електричні втрати в матеріалі для наведених даних. Як змінюються ці величини, якщо на бокову поверхню циліндра нанести лакову плівку з питомим поверхневим опором r_s ?

10.Визначте струм витікання та діелектричні втрати на постійній і змінній напрузі для діелектричного матеріалу, виконаного у вигляді трубки довжиною l iз зов­нішнім діаметром d₁, внутрішнім d₂. Електроди нанесені на внутрішню та зовнішню поверхні трубки.

11.Оцініть вплив температури Т та частоти f на діелект­ричні втрати при напрузі U плоского конденсатора з політрихлормонофторетилену товщиною h та квадратними електродами зі стороною квадрата а при вказаних у таблиці значеннях величин:

Діелектричні параметри матеріалу змінюються від температури так:

12.Визначить, нехтуючи поверхневою провідністю, питомий об’ємний. опір і діелектричну проникність матеріалу зразка, що має форму диска, товщиною h та діаметром d (електроди на площинах диска), якщо відомі значення діелектричних втрат: Р. за постійної напруги та Р_у за змінної напруги.

ПРОБІЙ ДІЕЛЕКТРИКІВ

Пробій - явище утворення в діелектрику провідного каналу під дією електричного поля.

При вивченні цього питання перш за все необхідно зрозуміти механізм зростання електропровідності діелектри­ків, пов’язаного, як правило, із збільшенням концентрації носіїв. Залежно від природи процесів, що зумовлюють утворення провідного каналу і росту провідності в ньому, розрізняють електричний, тепловий, іонізаційний, електрохімічний та електромеха­нічний види пробою. Така класифікація, як буде показано нижче, не зовсім строга з фізичної точки зору.