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.

Высокое диэлектрические потери

Высокие диэлектрические потери приводят к разогреву и тепловому пробою диэлектриков в сильных электрических полях, снижению добротности и избирательности колебательных контуров. В связи с этим стремятся снизить tgS диэлектрических потерь. Они могут быть следующих видов: потери на электропроводность, релаксационные потери ( включая миграционные), резонансные и ионизационные потери.
 

Высокие диэлектрические потери в высоковольтных кабелях обусловливают подгорание или обуглероживание бумаги, что ведет к образованию проводящего пути через ленты. Перегретый участок может быть ограничен одной или многими точками вдоль кабеля.
 

Высокие диэлектрические потери, свойственные большинству растворителей, применяемых в полярографии, создают одну из главных экспериментальных трудностей при использовании электролитических ячеек.
 

Высокие диэлектрические потери приводят к разогреву и тепловому пробою диэлектриков в сильных электрических полях, снижению добротности и избирательности колебательных контуров. В связи с этим стремятся снизить tg б диэлектрических материалов, что возможно, если известна природа диэлектрических потерь.
 

Сравнительно высокие диэлектрические потери ограничивают применение фторопласта-3 при высоких частотах; при низких же частотах он является — ценным диэлектриком, так как его объемное сопротивление, электрическая прочность и дугостойкость очень высоки.
 

Однако, несмотря на более высокие диэлектрические потери, в ряде случаев применение полихлорвинилового пластиката благодаря его негорючести, большей стойкости к режимам коротких замыканий и большей технологичности оказывается целесообразным.
 

Недостатками обычного стекла являются: относительно высокие диэлектрические потери, резко вырастающие с повышением температуры, а также большая хрупкость, что осложняет обращение со стеклом в условиях производства конденсаторов и мешает использовать его при малой толщине, когда его электрическая прочность особенно велика.
 

Изоляция от корпуса и между группами выполняется из кабельной бумаги и прессшпана, которые особенно при пропитке хлордифенила-ми, имеют более высокие диэлектрические потери, чем диэлектрик между обкладками Кроме того изоляция от корпуса отфильтровывает при пропитке часть загрязнений из пропитывающего вещества. В конденсаторах с емкостью, обычной для силовых конденсаторов высокого напряжения , ряд стран и фирм ( например, во Франции) величину тангенса угла потерь в изоляции от корпуса нормируют.
 

Первым двум условиям соответствуют растворители с достаточно высокой диэлектрической постоянной ( в — 20); к сожалению, такие растворители создают высокие диэлектрические потери энергии СВЧ поля в резонаторе спектрометра ЭПР и тем самым усложняют экспериментальные условия для проведения ЭХГ.
 

Таким образом, связующее должно обладать высокой диэлектрической проницаемостью, в то время как тангенс угла диэлектрических потерь должен быть минимальным, поскольку высокие диэлектрические потери обусловливают увеличение потребляемой мощности и снижение светоотдачи электролюминесцентного слоя.
 

Диэлектрические потери tg6 корундовых электроизоляционных материалов при 100 — 200 С составляют около 3 — Ю-4, а при 300 С — 4 — 10 — 4-у — и особенно р — А12О3 имеют более высокие диэлектрические потери.
 

Теоретически идеальным материалом для сростка кабелей с вязкой пропиткой для прокладки в блоках являются ленты из ма-нильской или крафт-бумаги, пропитанной маслом. Несмотря на более высокие диэлектрические потери при более высоких рабочих напряжениях лакотканевые ленты с масляной прослойкой благодаря тому, что их легче накладывать на жилы, чаще всего применяются для изоляции жил. Большой опыт многих фирм в течение многих лет с высоковольтными сростками для прокладки в блоках, выполненными лакотканевой лентой, позволяет считать маловероятной возможность развития местных нагревов вследствие более высоких диэлектрических потерь. При более низких напряжениях часто применяется сухая лакотканевая лента с петро-лейным компаундом, изложенным между слоями. Некоторые фирмы пропитывают кабельные сростки, предназначенные для прокладки в блоках, пропиточным маслом, характеристики которого аналогичны характеристикам пропитки, применяемой для кабеля.
 

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:

Теперь вы знаете, что собой представляют диэлектрические потери в диэлектриках, как производится их расчет и измерения. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной!

Также рекомендуем прочитать:

• Для чего нужна изолирующая штанга
• Причины потерь электроэнергии на больших расстояниях
• Программы для расчета заземления

Опубликовано:
21.12.2016
Обновлено: 18.10.2017

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.