Диэлектрические потери

Диэлектрические потери— электрическая мощность, погло­щаемая в диэлектрике под действием приложенного к нему напря­жения. Эта мощность рассеивает ся, превращаясь в теплоту.

Потери складываются, во-первых, из мощности, теряемой при прохождении постоянного сквозного тока утечки через сопротив­ление изоляции, в соответствии с законом Джоуля-Ленца — омиче­ские потери:

,

где U — напряжение; I — электрический ток; R— сопротивление изоляции. Во-вторых, потери при переменных токах, обусловлен­ные процессами миграционной и релаксационной поляризаций, собственно диэлектрические потери. В-третьих, ионизационные диэлектрические потери, связанные с ионизацией диэлектриков в газообразном состоянии, наличием газовых включений в твердых телах.

В качестве характеристики материалов обычно используются удельные диэлектрические потери р - потери, отнесенные к еди­нице массы, Вт/кг, или к единице объема материала (плотность мощности потерь), Вт/м3.

В переменном электрическом поле через ди­электрик течет ток, который представляет собой сумму плотности сквозного тока и плотности тока смещения :

В этом случае диэлектрическая проницаемость представляет собой комплексную функцию частоты:

В результате получаем, что полный ток подразделяется на активную и реактивную составляющие:

i

В чисто емкостной цепи ток опережает напряжение по фазе на / 2, поэтому в соответствии с векторной диаграммой тока в ди­электрике (Рисунок 3) полные потери составляют

где -угол диэлектрических потерь.

Рисунок 3: Параллельная схема замещения и вектор­ная диаграмма токов в диэлектрике с потерями

Значение tg для лучших электроизоляционных материалов, применяемых в технике высоких частот и напряжений, составляет ~ . Диэлектрические потери увеличиваются с ростом тем­пературы. Поэтому с учетом условия работы электрической изо­ляции с возрастанием температуры становятся более тяжелыми. Повы­шение влажности также способст­вует росту tg .

Зависимость tg от напряжения показана на рисунок 4. Резкое увели­чение tg с некоторого значения связано с ионизацией воз­душных включений или других га­зов в изоляции.

Рисунок 4: Кривая ионизации элект­рической изоляции

Добротность изоляции обратно пропорциональна тангенсу угла диэлектрических потерь: