Реферат: Електропровідність діелектричних матеріалів та діелектричні втрати й пробої в них

а) б) в)

Рис.2

В технічних електроізоляційних матеріалах виникають також втрати обумовлені наявністю в них ізольованих один від одного провідникових або напівпровідникових сторонніх включень вуглецю, оксидів заліза; вони є значними навіть при малому вмісті цих домішок. При дії значних напруг та особливо на високих частотах втрати в діелектрику виникають внаслідок іонізації наявних в ньому газових включень. Для пояснення діелектричних втрат застосовуються еквівалентні схеми реальних конденсаторів (послідовна та паралельна), що знаходяться під дією змінної напруги та відповідні їм векторні діаграми. Схеми повинні відображати втрати енергії в діелектрику конденсатора та зсув фази між струмом та напругою, як і в реальному конденсаторі. Представлені на рис. 3 послідовна та паралельна схеми будуть еквівалентні, якщо при рівності повних опорів │Z₁ │ = │Z₂ │= │Z │ будуть рівними їх активні та реактивні складові. Ця умова буде виконана, якщо зсуви фаз між напругами та струмами φ та значення активної потужності Р в схемах будуть однаковими.

Рис.3

Вираз активної потужності має вигляд:

Ра = U× I× cos j

=tgd

Для послідовної схеми:

, (1)

Для паралельної схеми:

Ра = U × Ia = U × U × tgd × w×C_P = U² × w × C_P × tgd (2)

Прирівнюючи вирази (1) та (2) або вирази

tgd = r_S ∙ w × C_S та tgd =1/(w × C_P × r_Р ),

можна знайти співвідношення між C_S та C_P та між r_S і r_Р .

(3)

З виразу (3) виходить, що в паралельній схемі активний опір втрат r_Р в багато разів більше ніж активний опір втрат в послідовній схемі r_S .

(4)

Для високоякісних діелектриків можна знехтувати значенням tg² d в формулі (4) в порівнянні з 1 і рахувати С_Р » С_S » C. Вирази для потужності, що розсіюється в діелектрику для обох схем будуть однаковими:

Ра = U² × w × C × tgd (5)

Вираз для питомих діелектричних втрат (потужності, що розсіюється в одиниці об’єму) має вигляд:

де

- активна складова питомої провідності;

- реактивна складова питомої провідності.

Якщо втрати в діелектрику залежать тільки від наскрізної електропровідності, то tgd визначається згідно формули для паралельної схеми:

тоді:

Потужність втрат не залежить від частоти.

Якщо втрати обумовлені опорами омічних контактів, виводів та електродів, то активна потужність розраховується, як для послідовної схеми:

З виразу видно, що активна потужність зростає пропорційно квадрату частоти.

Види діелектричних втрат в діелектричних матеріалах