Диэлектрические потери

Диэлектрическими потерями называют электрическую мощность, рассеи­ваемую в диэлектрике в единицу времени при воздействии на него электриче­ского поля и вызывающую нагрев диэлектрика.

Потери энергии в диэлектрике наблюдаются как при переменном, так и при постоянном напряжении. При постоянном напряжении диэлектрические потери обусловлены электропроводностью. При воздействии переменного на­пряжения в диэлектрики кроме сквозной электропроводности могут проявлять­ся и другие механизмы превращения электрической энергии в тепловую.

Для оценки способности диэлектрика рассеивать энергию в электрическом поле используют угол диэлектрических потерь или тангенс этого угла.

Углом диэлектрических потерь называется угол, дополняющий до угол фазового сдвига между током и напряжением в емкостной цепи.

Чем больше рассеиваемая мощность, тем меньше угол фазового сдвига ф и тем больше угол диэлектрических потерь . В случае идеального диэлектрика вектор тока опережает вектор напряжения на 90° и поэтому угол диэлектриче­ских потерь будет равен нулю.

При постоянном напряжении диэлектрические потери обусловлены прак­тически только током сквозной проводимости, так как потери на однократную поляризацию незначительны, а потери, возникающие в результате протекания поверхностного тока рассеиваются в окружающей среде. Таким образом, ди­электрические потери, рассеиваемые в объёме диэлектрика и вызванные током объёмной сквозной проводимости при постоянном напряжении, можно опреде­лить по формуле

(3.1)

· Для изучения поведения диэлектрика, обладающего потерями при пере­менном напряжении, целесообразно представить его в виде эквивалентных схем содержащих ёмкость и активное сопротивление, включенные между собой последовательно или параллельно. Данные схемы представлены на рис.3.1. Эти схемы эквивалентны друг другу, если при равенстве полных сопротивлений

· равны, соответственно, их активные и реактивные составляющие. Это условие выполняется, когда углы сдвига тока относительно напряжения равны изначения активной мощности одинаковы.

· Рис.3.1.Векторные диаграммы и эквивалентные схемы замещения диэлектри­ка.

Для последовательной схемы запишем

(3.2)

( 3.3)

Для параллельной схемы

(3.4)

(3.5)

Соотношение между и , а также между и можно определить, приравнивая друг другу соотношения 3.2,3.4иЗ.З,3.5

(3.6)

Для высококачественных диэлектриков значением можно пренебречь и считать . Мощность, рассеиваемая в диэлектрике, в этом случае

будет одинакова для обеих схем

(3.7)

Если требуется определить распределение диэлектрических потерь в раз­ных местах диэлектрика, то для расчёта удельных диэлектрических потерь в точке , где напряженность электрического поля равна Е, используется формула

(3.8)

Произведение stg5 называется коэффициентом диэлектрических потерь. Из приведенной формулы следует, что при заданной частоте и напряжённости электрического поля, диэлектрические потери пропорциональны коэффициенту диэлектрических потерь.

Использование электроизоляционного материала, обладающего большими диэлектрическими потерями, приводит к нагреву изготовленного из него изде­лия и преждевременному его тепловому старению.