Потери в диэлектриках. Поляризация в диэлектрике в переменном поле. Ионизационные потери. Релаксационные потери

однородным диэлектриком, удельные диэлектрические потери равны частному от деления полных диэлектрических потерь на объем диэлектрика между электродами. Если же поле неоднородно, тогда удельные потери в разных точках диэлектрика различны (напряженности электрического поля в разных точках неодинаковы), кроме того, если диэлектрик неоднороден, тогда необходимо учитывать параметры диэлектрика в разных частях его объема. Все это связано с определением объема, сложностью форм деталей.   Поэтому преимущество отдается показателям, которые зависят только от качества материала и при этом относительно легко определяются. Такими показателями являются тангенс угла электрических потерь и коэффициент диэлектрических потерь. Обе эти величины определяются и имеют четкий физический смысл только для линейных диэлектриков и синусоидального переменного электрического поля. Однако они используются в качестве условных показателей и для сравнения нелинейных диэлектриков с точки зрения диэлектрических потерь.  Тангенс угла диэлектрических потерь определяется как тангенс угла d, являющегося дополнительным углом по отношению к углу сдвига фаз между током и напряжением (d=90-j) и называющегося углом диэлектрических потерь (рис. 4.1).

СИ P U I w C Вт В А cˉ¹ Ф

  Взаимосвязь между тангенсом угла потерь tg d и диэлектрическими потерями P выражается формулой

P=UI cos j =UI sin d =U²wC tg δ,                                                               (4.1)

где U – действующее значение электрического напряжения; I – действующее значение электрического тока; φ – угол сдвига фаз; δ - угол диэлектрических потерь; C – емкость.

4.1.1. Потери на электропроводность Физическая сущность потерь

При длительном включении диэлектрика под постоянное напряжение, потери мощности в нем возникают за счет прохождения сквозного тока утечки через сопротивление изоляции [см. формулы (4.9) и (4.10)] и аналогичны потерям, определяемым по закону Джоуля-Ленца в проводниках.

Зависимость тока i , проходящего через диэлектрик, от времени t при прохождении постоянного напряжения U определяется графиком, показанным на рис. 4.1.

 

                 i

 

                              P

     i_абс0

                                   i_абс

 

                                                           i_∞

 

                                            0                                                           t

Рис. 4.1 Зависимость тока через диэлектрик от времени с момента включения под постоянное напряжение

Ток  i можно представить как сумму двух составляющих

i = i_∞ + i_абс,

где значение i_∞, к которому стремиться i при t → ∞, является сквозным током утечки, а i_абс – ток абсорбции.

Если исключить из рассмотрения начальный участок 0Р графика i(t) – рис.4.1, то затухающий во времени ток абсорбции можно определить по формуле

(4.2)   СИ	i	U	t
	А	В	C

iабс = Us exp(-t/t) = iабс0 exp(-t/t),

где s – имеющаяся размерность проводимости; t - постоянная  времени затухания тока абсорбции; i_абс0 = U_s - значение i_абс для t = 0.

Ток абсорбции в диэлектриках определяется процессами дипольной поляризации (в полярных диэлектриках), миграционной поляризации, спонтанной поляризации и других видов релаксационной поляризации.

При работе диэлектрика на постоянном напряжении изменение тока во времени (рис. 4.1) происходит при включении и отключении образца, а при подключении диэлектрика на синусоидальное напряжение с угловой