Диэлектрические потери, схемы замещения, векторная диаграмма полные и удельные потери

Диэлектрические потери – это потери энергии в диэлектрике, находящемся в электрическом поле. Энергия электрического поля расходуется на нагрев диэлектрика. Наибольшие потери бывают при переменном электрическом поле. Энергия переменного электрического поля расходуется на:

 - поляризацию диэлектрика,

 - электропроводность диэлектрика,
и за счет указанных явлений нагревает диэлектрик.

схемы замещения диэлектрика Для расчета диэлектрических потерь и других процессов в устройствах с диэлектриками последние замещаются схемами, наиболее известными из которых являются:

 последовательная схема замещения диэлектрика:

 параллельная схема замещения диэлектрика: Схемы замещения диэлектрика обязательно содержат емкость и активное сопротивление. Емкость отражает способность диэлектрика накапливать заряды в постоянном поле, а в переменном поле создает путь для тока смещения в диэлектрике. Активное сопротивление - это элемент схемы, выделение энергии в котором отражает диэлектрические потери.

Из векторной диаграммы токов выводится формула диэлектрических потерь при переменном напряжении

P=U2wCtgb

Согласно опр. угол диэлектрических потерь равен отношению активного тока к реактивному. Заменяя токи через отношения напряжения к соответствующим сопр., получим для параллельной схемы замещения выражение tgb=1/wCprp

Механизм пробоя в газах.

Пробой газа обуславливается явлением ударной и фотонной ионизации.

Число электронов, образующихся в 1 сек. В 1 см3 воздуха под действием радиоактивности Земли или космических лучей, составляет от 10 до 20. Эти электроны являются начальными зарядами, приводящими к пробою газа в достаточно сильном поле. Число электронов в газовом промежутке увеличивается лавинообразно. Интенсивность этого процесса определяется коэффициентом ударной ионизации α, равным числу ионизации электронов на единицу длины пути. Эти электроны распределяются в межэлектродном пространстве, образуя электронную лавину. Электронная лавина сама по себе еще недостаточна для образования пробоя. Кроме ударной ионизации должны иметь место другие явления, значительно влияющие на процесс формирования разряда. Известно 2 механизма пробоя: лавинный, лавинностримерный. При лавинном механизме ударная ионизация сопровождается вторичными процессами на катоде, в результате которых заряды в газовом промежутке восполняются. Лавинный пробой развивается относительно долго (более 1 мксек) и не характерен для импульсных напряжений Uимп. При лавинностримерном механизме на развитие пробоя влияет совместное действие поля пространственного заряда лавины и фотоионизация в объеме газа.

Епр газов сильно зависит от давления Р. При высоких Р увеличение Епр связано с уменьшением длины свободного пробега электрона, а при малых Р уменьшением вероятности столкновении электронов с молекулами газа.

Епр газов сильно зависит от давления Р. При высоких Р увеличение Епр связано с уменьшением длины свободного пробега электрона, а при малых Р уменьшением вероятности столкновении электронов с молекулами газа. Результаты пробоя газов в однородном поле можно представить в виде кривых зависимости Епр от произведения Рхh. Такая закономерность известна как закон Пашена: если длина пр промежутка h и давление газа Р изменяются так, что hxP=const, то величина Е не меняется, т.е Uпр=f(Ph). Пробой газа в неоднородном поле заметно отличается от пробоя в однородном поле по величине Uпр и по характеру процесса пробоя. В неоднородном поле, в местах небольших градиентов U-E, в начале возникает тихий разряд или «корона», сопровождаемая свечением и ионизацией газа. При дальнейшем повышении U – корона перерастает в кистевой разряд, затем переходит в искру, при которой U падает, а I ток растет.

Пробой диэлектриков

Электрическим пробоем диэлектрика называют скачкообразное увеличение электропроводности материала при воздействии определенного напряжения, вплоть до образования электропроводящего плазменного канала. Явление электрического пробоя в газах или жидкостях часто называют «электрическим разрядом», что говорит о разряде емкости через этот канал.

По времени воздействия напряжения (с момента подачи до пробоя) и физическим процессам, происходящим при этом воздействии, различают:

 электрический пробой (время воздействия – доли секунды);

 тепловой пробой (время воздействия от секунд до часов);

 пробой под действием частичных разрядов (время воздействия от нескольких часов до года и более).

При электрическом пробое под действием приложенного напряжения разрываются химические связи, и вещество перерабатывается в плазму. Электрическая прочность твердого диэлектрика пропорциональна энергии химических связей.

 Причиной теплового пробоя является разогрев диэлектрика, чаще всего за счет диэлектрических потерь, когда мощность потерь превышает мощность, отводимую от диэлектрика. При повышении температуры увеличиваются электропроводность (за счет увеличения числа носителей) и угол диэлектрических потерь, что приводит к дополнительному росту энерговыделения, что, в свою очередь, приводит к повышению температуры и т.д.

11 Методы измерения диэлектрической прочности (мы лабу делали)

Электрической прочностью, Eпр называется средняя напряженность электрического поля, при которой происходит электрический пробой. Напряжение, при котором происходит электрический пробой, называют «пробивным напряжением»,Uпр. где h- толщина диэлектрика (промежуток между электродами, разрядный промежуток). Пробивное напряжение зависит от размера разрядного промежутка. При увеличении промежутка пробивное напряжение возрастает, а электрическая прочность снижается.