Основные виды поляризации в некоторых газообразных, жидких и твердых диэлектриках

Электропроводность диэлектриков

Комментарии к рис. 4.10.

Электропроводность диэлектриков – это состояние вещества, имеющего в наличие заряженные частицы, находящиеся в электрическом поле. Существует три основных вида электропроводности.

Электронная или металлическая электропроводность. Характерна для металлов и большинства твёрдых диэлектриков, носители зарядов – электроны.

Ионная или электролитическая электропроводность. Носители зарядов – ионы, характерный процесс – электролиз, в результате которого получаются новые вещества.

Молионная или электрофоретическая электропроводность. Носители зарядов группы молекул – молионы. Характерна для коллоидных растворов и суспензий. Результатом характерного процесса является изменение концентраций относительных слоёв жидкости.

В момент включения и выключения постоянного электрического поля через диэлектрик электрического конденсатора протекает обусловленный быстрыми видами поляризаций ток смещения I_см за время около 10^-15 с. В неполярных однородных диэлектриках затем устанавливается ток сквозной проводимости - I_скв. В начальный момент времени и при выключении постоянного поля через полярные и неоднородные диэлектрики протекает также ток абсорбции - I_абс, причиной которого являются замедленные (релаксационные) поляризации. Во многих диэлектриках, используемых в качестве электрической изоляции, I_скв устанавливается за время меньшее 1 мин. В переменном электрическом поле через диэлектрик протекают все, характерные для него виды токов.

Сквозной ток - I_скв (ток утечки) обусловлен наличием в диэлектриках указанных в таблице свободных носителей заряда различной природы.

В постоянном электрическом поле токи абсорбции могут устанавливаться в течение длительного времени в зависимости от типа диэлектрика и механизма поляризации. Уменьшение тока I_абс может наблюдаться в течение минут или даже часов. После исчезновения тока абсорбции через диэлектрик будет протекать только ток I_скв. При расчете сопротивления изоляции на постоянном напряжении необходимо расчет вести по току сквозной проводимости I_скв, исключая токи абсорбции.

Основными характеристиками электроизоляционных материалов являются удельная объёмная проводимость g_v и удельная поверхностная проводимость g_s. Для их сравнительной оценки пользуются значениями удельного объемного сопротивления r_v и удельного поверхностного сопротивления r_s.

Удельное объемное сопротивления r_v равно объемному сопротивлению куба с ребром в 1 м, мысленно выделенного из исследуемого материала, если ток проходит сквозь куб от одной его грани к противоположной.

, [Ом·м].

Удельное поверхностное сопротивление r_s равно сопротивлению прямоугольника, мысленно выделенного из поверхности материала, если ток проходит через него от одной его стороны к противоположной.

, [Ом],

где b – расстояние между электродами, a – ширина электродов.

R_s – поверхностное сопротивление образца материала между параллельно поставленными электродами шириной a, отстоящих друг от друга на расстояние b.

; .

Полное сопротивление диэлектрика составит .

Удельная объёмная проводимость .

Удельная поверхностная проводимость .

Электропроводность зависит от состояния вещества (твёрдое, жидкое, газообразное), а также от влажности и температуры окружающей среды, наличия ионизирующего излучения.

Поверхностный ток – ток, обтекающий поверхность образца i_s. Он зависит от чистоты поверхности диэлектрика – загрязнения, влажности, коррозии.

.

Объемный ток – ток, протекающий внутри диэлектрика по всему объёму i_v. Он зависит от свойств самого диэлектрика.

.

Пробой диэлектриков

Комментарии к рис. 4.13.

Пробой диэлектриков– это потеря диэлектриком электроизоляционных свойств при напряженности поля, превышающей некоторое критическое значение. При пробое происходит резкое увеличение

плотности тока и снижение сопротивления, что приводит к короткому замыканию. Выделяют пробой твёрдого однородного (неоднородного) диэлектрика, пробой жидкостей и пробой газов. Напряжение, при котором происходит пробой диэлектрика, называетсяпробивным напряжением. Для газов пробивным напряжением является его амплитудное значение

U_пр = U_ампл = √2U_действ

Для жидкостей и твёрдых диэлектриков это действующее напряжение

U_пр = U_действ.

Напряжённость поля, соответствующая пробивному напряжению, называется электрической прочностью диэлектрика:

E_пр = , [кВ/м].

В месте пробоя, в зависимости от подаваемого напряжения, может образоваться искра, дуга, оплавление, обгорание или растрескивание.

В пробитом твёрдом диэлектрике в месте пробоя можно обнаружить проплавленное, прожженное отверстие – след пробоя. Если к такому образцу твёрдой изоляции приложить повторно напряжение, то пробой произойдёт под напряжением, меньшим U_пр первого пробоя, то есть U_пр1 > U_пр2. При пробое газов пробитый промежуток мгновенно восстанавливается, то есть U_пр1 = U_пр2. При пробое твёрдых диэлектриков U_пр1 > U_пр2. В месте пробоя в зависимости подаваемого напряжения может образоваться искра, дуга, оплавление, обгорание или растрескивание. Испытания диэлектриков на электрический пробой и на определение электрической прочности производят на испытательных стендах.

Различают следующие механизмы пробоя.

Электрический пробой. В процессе этого пробоя диэлектрик разрушается силами, действующими в электрическом поле на электрические заряды атомов, молекул диэлектрика. Протекает мгновенно, вызывается ударной ионизацией электронами. Если энергии электронов достаточно для ионизации, то электроны при соударении с атомами ионизируют их, в результате чего появляются новые электроны, таким образом, число электронов лавинно нарастает, что приводит к резкому увеличению проводимости и электрическому пробою.

Электротепловой пробой возникает в том случае, когда количество теплоты, выделяемое диэлектриком за счёт диэлектрических потерь, превышает то количество теплоты, которое может рассеиваться в данных условиях. В результате нарушается тепловое равновесие. Явление теплового пробоя сводится к разогреву материала в электрическом поле до температуры, при которой происходит либо обугливание или расплавление материала. Пробивное напряжение при тепловом пробое зависит от частоты, температуры окружающей среды, от условий охлаждения, от нагревостойкости материала и толщины диэлектрика. При увеличении толщины диэлектрика напряжение пробоя снижается за счёт ухудшения теплоотвода от средних частей диэлектрика.

Электрохимический пробой. Электрохимический пробой обусловлен медленными изменениями химического состава структуры диэлектрика. Этот пробой развивается при действии электрического поля в условиях высокой температуры и высокой влажности. Наблюдается как при постоянном, так и при переменном напряжении. При высокой частоте электрохимический пробой происходит в результате ионизации газа, сопровождаемой тепловым эффектом. При низкой частоте в диэлектрике происходит необратимое уменьшение сопротивления изоляции, что приводит к пробою. Для развития электрохимического пробоя требуется время.

Ионизационный пробой. Ионизационный пробой развивается в результате действия на диэлектрик частичных разрядов. Полимерные диэлектрики под действием этих разрядов окисляются, образующиеся ионы бомбардируют стенки пор изоляции, что приводит к механическим разрушениям, образующиеся при этом оксиды азота и озон химически разрушают полимер, что и приводит к пробою. Для развития ионизационного пробоя требуется время.

Электромеханический пробой. Электромеханический пробой характерен для полимерных диэлектриков, находящихся в высокоэластичном состоянии при высоких температурах. Под действием электростатического притяжения, возникающего между электродами при высоком напряжении, происходит механическое сдавливание диэлектрика, что ведёт к уменьшению его толщины. При достижении критической деформации происходит механическое разрушение и пробой диэлектрика. Для развития электромеханического пробоя также требуется время.

Электротермомеханический пробой.Электротермомеханический пробой является разновидностью электрического и теплового пробоя, наблюдается в хрупких диэлектриках, содержащих поры. В процессе ионизации газовых вклю­чений пор образуются перегретые слои диэлектрика, их тепловое расширение больше, чем менее нагретых слоёв, в результате в диэлектрике образуются механические напряжения, которые приводят к микротрещинам и механическому разрушению диэлектрика, дальше к пробою. Для развития электротермомеханического пробоя требуется время.

Пробой в газах - распространенный пробой, т.к. во многих электрических аппаратах, на линиях электропередач внешней изоляцией служит воздух или какой-нибудь газ. Пробой газов обусловлен явлениями ударной и фотонной ионизации. Электрическая прочность воздуха невелика в сравнении с прочностью жидкости и твердых диэлектриков. Явление пробоя газа зависит от степени однородности поля, в котором осуществляется пробой. Пробой газа в однородном поле - явление менее распространенное, чем пробой газа в неоднородном поле. Однородное поле получается между плоскими электродами с закругленными краями, а также между сферами при расстоянии между ними, соизмеримым с диаметром сферы. Пробой в этом случае возникает практически мгновенно по достижении напряжением значения зависящего от температуры и давления газа. Между электродами возникает искра, переходящая в дугу, если источник напряжения достаточно мощный. С помощью шарового разрядника измеряют высокое напряжение искрового разряда. При малых расстояниях между электродами электрическая прочность воздуха значительно возрастает, т.к. при малых расстояниях между электродами разряд формируется с трудом. Электрическая прочность газа зависит от его плотности, т.е. давления ( при нормальной температуре 20ºС), поэтому для расчета пробивного напряжения воздуха используют формулу

U_пр = U_пр0 d,

где U_пр - пробивное напряжение при данной температуре и давлении; U пр0 - пробивное напряжение при нормальном давлении Р = 0,1 МПа и нормальной температуре t = 20 0С; d - относительная плотность воздуха, рассчитанная по формуле

d = 0,386 Р / (t + 273),

где Р - давление, Па (мм рт. столба); t - температура, °С. При нормальных условиях d = 1.

В неоднородном поле, которое создается между острием и плоскостью, в слабо неоднородном поле - между двумя остриями или проводами высоковольтных линий электропередач ( ЛЭП), между сферами при расстоянии между ними, превышающем диаметр сферы, закономерности оказываются другими. Особенностью пробоя в неоднородном электрическом поле является возникновение частичного разряда в виде короны в местах наибольшей напряженности поля, достигающих критических значений; далее корона может перейти в искровой разряд и дугу, если напряжение будет возрастать. При положительной полярности электрода иглы (в системе электродов игла - плоскость) пробой происходит при более низком напряжении, чем в системе с отрицательной полярностью на игле. На высоких частотах напряжение короны почти совпадает с пробивным, в отличие от напряжения промышленной частоты.

Пробой жидких диэлектриковпроисходит при более высоких, чем в газе, значениях пробивного напряжения, при прочих равных условиях. Повышенная электрическая прочность жидкого диэлектрика обусловлена значительно меньшей длиной свободного пробега электронов в жидкости, чем в газах. Пробой технических жидкостей может быть связан с газовыми включениями, что вызывает ионизацию газа и местный перегрев жидкости, приводящей к образованию газового канала в ней. Вода в диэлектрике также сильно снижает электрическую прочность. Электрическая прочность сухого трансформаторного масла не зависит от температуры, когда начинают испаряться легкие фракции масла, образуя пузырьки газа в жидкости. Требования, предъявляемые к изоляционным маслам, нормируют все посторонние примеси в масле. У сухого масла Е_пр = 20 - 25 МВ/м, а у масла, бывшего в эксплуатации, Е_пр = 4 - 5 МВ/м. Для повторного использования масло подвергают регенерации.

Пробой твердых диэлектриковможет быть любой из видов, в зависимости от характера электрического поля, структуры диэлектрика, наличия дефектов, условий его охлаждения и времени воздействия на него напряжения.

Электрический пробой макроскопически однородных твердых диэлектриков - это чисто электронный пробой, время развития которого около десятка мс, он не обусловлен тепловой энергией. Чисто электрический пробой наблюдается, когда исключено влияние электропроводности и диэлектрических потерь и отсутствует ионизация газовых включений. Такой пробой отмечается у монокристаллов щелочно-галлоидных соединений и у некоторых полимеров. В этом случае Епр = 100 МВ/м и даже больше. Для однородных материалов значения пробивного напряжения в однородном и неоднородном электрическом поле заметно отличаются друг от друга.

Для случая электрического пробоя неоднородных диэлектриков развитие его тоже достаточно быстрое, но значения для неоднородных диэлектриков (в том числе и с газовыми включениями ) в однородном и неоднородном электрическом поле отличаются друг от друга незначительно.

Электрическая прочность при электрическом пробое не зависит от температуры, но после достижения температурой некоторых определенных значений заметно уменьшается: это говорит о наличии теплового пробоя.

Низкая электрическая прочность наблюдается у диэлектриков с открытыми порами (дерева, бумаги, неглазурованной керамики) и мало отличается от газов. Для диэлектриков с закрытыми порами - плотной бумаги, глазурованной керамики -  характерна высокая электрическая прочность.

Тепловой пробой отличается от электрического тем, что электрическая прочность при тепловом пробое является характеристикой не только электротехнического материала, но и изделия из него, тогда как Е_пр при электрическом пробое, является характеристикой только самого материала. Пробивное напряжение, обусловленное нагревом диэлектрика, связано с частотой поля, условиями охлаждения диэлектрика, температурой окружающей среды; оно зависит также от нагревостойкости материала. С повышением температуры электрическая прочность уменьшается.

Факторы, влияющие на электрическую прочность диэлектрика следующие.

Толщина изоляции. Любая изоляция аппарата определяется расстоянием между электродами. При увеличении этого расстояния растет и толщи на h изоляции. Увеличение h изоляции приводит к возрастанию допустимых значений напряжений U_пр и U_пр0,5, соответствующих требуемым вероятностям пробоя при малой и максимальной повреждаемости диэлектрика. Для основных видов изоляции высоковольтных аппаратов крупногабаритной конструкции допустимые напряженности составляют:

Е_пр <400 кВ/см, Е_пр0,5 <200 кВ/см. Замедление роста напряжения по мере увеличения толщины изоляции связано с изменением электрического поля в сторону неравномерности или увеличением вероятности присутствия дефектов. По этой причине вводят коэффициент неоднородности Кn с использованием правила максимальной напряженности, по которому в изоляционном промежутке при любой заданной вероятности пробоя или повреждения изоляции нет зависимости от толщины h и от коэффициента Кn. Если максимальная напряженность в изоляции Еmax = U / h Кn, то из указанного правила вытекает следующее соотношение допустимых напряжений для двух конструкций с изоляцией одного и того же вида:

U_пр1 / U_пр2 = h2 Kn1 / h1 Kn2.

Удовлетворительные результаты изоляционных конструкций, работающих в неоднородном электрическом поле, получаются при Кn < З.

Площадь электродов. С увеличением площади электродов электрическая прочность снижается. Длительное воздействие рабочего напряжения аппарата определяет способность его изоляции выдержать влияние всевозможных факторов за время всего срока эксплуатации и численно оценивается электрической прочностью через 20 - 30 лет путем испытания изоляции повышенным напряжением частотой 50 Гц в течение 1 мин. Длительная эксплуатация изоляции приводит к ее старению, снижению электрической прочности и ухудшению электрических характеристик (диэлектрической проницаемости и потерь). Причинами изменения этих характеристик являются: электрическое старениевследствие развития частичных разрядов при перенапряжениях (грозового и внутреннего характера) или при рабочем напряжении; тепловое старениеи окисление изоляции; увлажнение изоляции, а также причины механического характера (электродинамические толчки при коротких замыканиях, вибрации и т.п.); химическое старениеили электролитическое окисление. В процессе старения увеличиваются диэлектрические потери в изоляции, что приводит в дальнейшем к ее пробою. Основной причиной электрического старения является развитие частичных разрядов, энергия которых тратится на разрушение молекул и ионизацию атомов, нагрев диэлектрика и излучение электромагнитных колебаний. Необратимое частичное разрушение диэлектрика накапливается, создавая кумулятивный эффект в изоляции, на что тратится несколько процессов всей энергии частичных разрядов. Характер и степень разрушения в твердом диэлектрике связаны с разрывом молекулярных связей и образованием радикалов или обратных процессов: образование молекул или присоединение радикалов. В органических диэлектриках ч.р. вызывают выделение водорода или других газов (метан, ацетилен, углекислый газ и др.), а также углеродистых соединений со значительной проводимостью (дендриты в эпоксидном образующем термореактивной изоляции, эрозия или углекислые образования по поверхности керамической, фарфоровой или стеклянной изоляции). Во многих случаях явление частичных разрядов может вызвать микротрещины в диэлектрике.

Старение маслобарьерной и бумажной изоляции проявляется в изменении электрических и физико-химических характеристик, как самого минерального масла, так и бумаги или электрокартона. При этом проводимость и диэлектрические потери увеличиваются, в дальнейшем старение завершается электрическим или тепловым пробоем изоляции аппарата. Газовыделение в масле связано с действием сильного электрического поля (около 3 ЭВ), достаточного, чтобы свободные электроны разрушили молекулу углерода с отщеплением атома водорода. Интенсивность газовыделения при наличии частичных разрядов или в его отсутствие зависит от химического состава масла, поэтому количество трансформаторного масла определяется месторождением нефти, возможными присадками и его очисткой.

Тепловое старение диэлектрика связано с рабочей температурой аппарата. Возможность повышения температуры ограничивается свойствами изоляции, так как чем выше температура, тем быстрее происходит химическое старение и осуществляется процесс химических реакций. Например, при повышении температуры химическое разложение целлюлозы характеризуется уменьшением степени полимеризации, при этом укорачиваются цепочки молекул, уменьшается гибкость и механическая прочность бумаги и картона. Изоляционная конструкция во многих аппаратах в рабочем режиме соприкасается с воздухом, при этом возможно увлажнение. Процесс увлажнения масла в трансформаторах может быть от трех агрегатных состояний влаги: эмульгированное (пленка), молекулярнорастворенное (диполи) и газообразное (молекула влаги в газовой полости). Растворимость воды зависит от химического состава масла. Наибольшей растворимостью обладают непредельные и ароматические углеводороды, наименьшей – парафиновые. Наличие воды в масле снижает его электрическую прочность и увеличивает диэлектрические потери. Причем влияние воды сильнее сказывается, когда она находится в эмульгированном состоянии, чем в молекулярнорастворимом.

Влажность увеличивается скорость термического старения, способствует разрушению молекул органического диэлектрика, ухудшает физико-технические характеристики.

Диэлектрические потери

Комментарии к рис. 4.14.

Любой диэлектрик, помещённый в электрическое поле, обладает реактивной проводимостью, обусловленной упругими видами поляризаций и активной проводимостью, вызванной токами абсорбции и сквозными токами. Все эти токи нагревают проводник, и энергия в виде тепла выделяется в окружающую среду. Для оценки качества диэлектриков вводится понятие диэлектрических потерь.

Диэлектрическими потеряминазывается мощность, рассеиваемая вдиэлектрике под действием приложенного к нему электрического поля и вызывающая его нагрев. Рассматривают полные диэлектрические потери, вызываемые как при переменном, так и при постоянном напряжениях за счет сквозных токов, обусловленного проводимостью.

Природа диэлектрических потерь в изоляционных материалах различна и зависит от агрегатного состояния вещества: газообразного, жидкого и твердого. При изучении диэлектрических потерь, связанных с явлением поляризации диэлектрик можно отобразить в виде кривых зависимостей заряда Q на обкладках конденсатора с заданным диэлектриком от напряжения электрического поля Потери, вызванные мгновенными поляризациями, не разогревают диэлектрик и графическое отображение их – линейная зависимость ( рисунок 4.15). Потери, вызванные любой замедленной поляризациями, выражаются площадью овала пропорциональной энергии рассеяния на тепло за один период напряжения (рисунок 4.16). Для диэлектриков со спонтанной поляризацией потери энергии за один период определяются площадью, ограниченной петлей гистерезиса (рисунок 4.17).

При постоянном напряжении U (В) на участке изоляции сопротивлением R_из (Ом) значение активных потерь Р_а ( Вт) определится как 

P_a=U² / R_из = UI=I²R _из

где I - сквозной ток утечки через диэлектрик или изоляцию, А. При переменной форме напряжения имеем значение энергии рассеяния на тепло W_а или активные потери Р_а, Вт, на участке изоляции емкостью С, пФ, при действующем значении приложенного напряжения U, В, частоте f, Гц или w = 2 p f ( круговая частота). Здесь необходимо из векторных диаграмм последовательной и параллельной схем замещения изоляции найти угол фазы j между общим током и общим напряжением и, дополнив его до 90º находят угол d - угол диэлектрических потерь, причем, чем больше рассеяние мощности в диэлектрике, переходящей в тепло, тем меньше угол сдвига фаз j и тем больше угол d и, следовательно, его функция tgd - тангенс угла диэлектрических потерь, таким образом,

W_а =Р_а = U I cosj = U I tgd = U w C tgd.

Для последовательной схемы замещения:

где tgd = w C_s r_s.

Для параллельной схемы замещения:   

Р_а = U² g = U² b tgd = U² w Cp tgd,

Приравнивая значения tgd при последовательной и параллельной схемах замещения изоляции, если они эквивалентны и мощность Ра одинакова, получим

где в первом приближении, пренебрегая tg2d по сравнению с «1», можно считать Ср » Сs » C, тогда активная мощность будит равна

Р_а = U I tgd.

Можно выразить tgd из векторных диаграмм рисунков 4.18. и 4.19:

tgd_s = U_a / U_c и tgd_p = I_a / I_c.

Угол потерь d - это параметр как самого материала, так и изделия из

диэлектрического материала. Часто пользуются термином “добротность изоляции” - это величина, обратная тангенсу угла диэлектрических потерь,

Q_s = 1 / tgd_s =U_c / U_r или Q_p = 1 / tgd_p = I_c / I_r

Значения tgd для высококачественных материалов составляют тысячные и даже десятитысячные доли единицы, но могут быть и больше для электротехнических материалов более низкого качества (нескольких сотых долей единицы).

Для расчета диэлектрических потерь в единице объема, где напряженность поля равна Е, В/м и любая картина электрического поля (равномерная, резконеоднородная, слабонеоднородная), а также любой неоднородный диэлектрик, принимается эмпирическая формула

Р_а = 5,56 10^-11 Е² f e tgd.

Произведение относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь (e tgd) называется коэффициентом диэлектрических потерь материала. Если величина g = 5,5610^-11 tgd, Ом м является объемной удельной проводимостью материала тогда Ра примет вид

Р_а = g E.

При переменном напряжении потери обычно больше, чем на постоянном напряжении, что отражается неравенством

f r e tgd > 1,8.10¹⁰.

Это неравенство связывает удельное объемное сопротивление r, измеренное при постоянном напряжении, с параметрами e и tgd на переменном напряжении при частоте f.

В газообразных диэлектриках при малых напряженностях поля Е, в неполярных жидкостях, таких как сухое трансформаторное масло, в неполярных твердых диэлектриках потери при постоянном и переменном напряжениях одинаковы. Следовательно, на переменном напряжении имеем равенство:

tgd = 1,8 10¹⁰ / (f e r) = 1,8.10¹⁰ g / (e f).

Для диэлектриков с большими потерями расчетное значение емкости зависит от выбора схемы замещения и тогда e также окажется зависящей от схемы замещения, т.е. окажется величиной неопределенной, а величина угла потерь и tgd от этого не зависит

В любом диэлектрике, помещенном в электрическое поле, наблюдаются явления: смещение зарядов различных видов поляризаций, перемещение зарядов или ток по объему структуры или по поверхности ее и нагрев диэлектрика от энергии рассеяния – все эти явления происходят в направлении силовых линий электрического поля.

Диэлектрические потери по своей природе и физической сущности или воздействию электрического поля делятся на четыре основных вида:

- диэлектрические потери, обусловленные всеми видами мгновенной и замедленной поляризацией в диэлектриках;

- потери от сквозной электропроводности;

- ионизационные потери;

- потери, вызванные неоднородностью структуры.

Таким образом, три явления электрического поля определяют или вызывают нагрев диэлектрика: поляризация, электропроводность и ионизация.

Поляризацияобусловливает изменение d и соответственно tg d в веществах, обладающих релаксационными поляризациями или в диэлектриках ионной структуры с неплотной упаковкой ионов или дипольной структуры с ковалентной связью между молекулами. Поляризация вызывает нарушение теплового движения частиц по направлению электрического поля и приводит к рассеянию энергии или нагреву диэлектрика. Такие потери возрастают при увеличении частоты приложенного напряжения и могут резко проявится на высокой частоте. Однако, если при высокой частоте поляризация не проявляется (ионы или диполи не успевают сместиться вслед частоте электрического поля), то tg d падает. Это характерно для большинства технических диэлектриков со стекловидной фазой в структуре.

В сегнетоэлектриках потери от спонтанной поляризация наблюдаются значительными до точки Кюри, так как успевают смещаться заряды или отслеживают изменение температуры. За пределами точки Кюри потери уменьшаются и значительно, так как не проявляется поляризация.

Диэлектрические потери от электропроводностиобнаруживаются в зависимости от объемной или поверхностной удельной проводимости вещества, поэтому

Здесь d не зависит от частоты поля и tgd  уменьшается с увеличением частоты f по гиперболическому закону. Температурная зависимость в этом случае определяется как экспонента вида

Ионизационныепотери характерны для газообразных и неоднородных твердых диэлектриков с газовым включением. В неоднородном электрическом поле при напряженностях превышающих значение, соответствующее началу ионизации газа, имеем

Р_и = А₁ f (U – U_и)³,

гдеА₁ - постоянный коэффициент, зависящий от вида материала; U- приложенное напряжение;U_и- напряжение ионизации, если U > U_и; f- частота поля.

Величина U_и зависит от давления газа, поскольку ионизация это соударение молекул при свободном пробеге электронов, и пропорционально увеличению его.

Диэлектрические потери, связанные с неоднородностью структуры диэлектриков, наблюдаются у многих технических диэлектриков – слоистых пластиков, пропитанных бумаг, пластических масс с наполнителями, в керамике, материалах на основе слюды, асбестовых материалах и т.д. Ввиду большого разнообразия структуры неоднородных диэлектриков и содержащихся в них составляющих, общей формулы для расчета их диэлектрических потерь не существует. Однако, возможная оценка диэлектрических потерь в композиционных материалов связана с выделением тепла при двух явлениях: электропроводность и одно из явлений поляризация или ионизация, а то и всех трех явлений одновременно. Это обусловлено примесями или отдельными компонентами, введенными в диэлектрик для изменения его свойств.

Жидкие диэлектрики

Комментарии к рис. 4.21.

Изоляционные масла, являясь жидкими диэлектриками, должны обеспечивать изоляцию токонесущих частей электрооборудования (трансформаторов, конденсаторов, кабелей и др.), служить теплоотводящей средой, а также способствовать быстрому гашению электрической дуги в выключателях. К этой группе масел относят трансформаторные, конденсаторные и кабельные масла и масло для выключателей.

Трансформаторное масло

Трансформаторные масла применяют для заливки силовых и измерительных трансформаторов, реакторного оборудования, а также масляных выключателей. В последних аппаратах масла выполняют функции дугогасящей среды.

Трансформаторное масло, - очищенная фракция нефти, получаемая при перегонке, кипящая при температуре от 300 °С до 400 °С. В зависимости от происхождения нефти обладают различными свойствами и эти отличительные свойства исходного сырья отражаются на свойствах масла. Оно имеет сложный углеводородный состав со средним весом молекул 220-340 а.е., и содержит следующие основные компоненты.