電介質(zhì)的損耗及其影響因素

影響電介質(zhì)損耗的因素主要有溫度,、頻率和電壓。不同的電介質(zhì)所具有的損耗形式不同,，從而溫度,、頻率和電壓對(duì)電介質(zhì)損耗的影響也不同。

1)氣體電介質(zhì)的損耗

氣體電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)ε_r接近1,，極化是輕微的,，因此氣體電介質(zhì)損耗僅由電導(dǎo)引起。當(dāng)外加電壓低于氣體的起始放電電壓時(shí),，氣體電介質(zhì)的電導(dǎo)也是極小的,，所以氣體電介質(zhì)的損耗很小，受溫度和頻率的影響都不大,。因此,，實(shí)際工程中，常用氣體作為標(biāo)準(zhǔn)電容器的介質(zhì),。當(dāng)外加電壓超過(guò)氣體的起始放電電壓時(shí),，氣體將發(fā)生局部放電，損耗急劇增加，如圖3-15所示,。

2)液體和固體電介質(zhì)的損耗

非極性或弱極性的液體,、固體及結(jié)構(gòu)較緊密的離子性電介質(zhì)，它們的極化形式主要是電子位移極化和離子位移極化,，沒(méi)有能量損耗,，因此這類電介質(zhì)的損耗主要由電導(dǎo)引起,，tanδ較小,。頻率對(duì)其損耗沒(méi)有影響，溫度對(duì)這類介質(zhì)損耗的影響與溫度對(duì)電導(dǎo)的影響相似,，即tanδ 隨溫度的升高也是按指數(shù)規(guī)律增大,。

極性液體、固體及結(jié)構(gòu)不緊密的離子性電介質(zhì),，除具有電導(dǎo)損耗外,，還有極化損耗，因此tanδ較大,，而且和溫度,、頻率等因素有較復(fù)雜的關(guān)系，如圖3-16所示(曲線1對(duì)應(yīng)于頻率f₁,，曲線2對(duì)應(yīng)于頻率f₂,，f₁< f₂)。圖中曲線有極大值和極小值,，首先分析電源頻率為f₁時(shí)的情況,，在溫度較低(t<t₁)時(shí)，電導(dǎo)損耗和極化損耗都很小,，隨溫度的升高,，偶極子轉(zhuǎn)向容易，從而使極化損耗顯著增加,，同時(shí)電導(dǎo)損耗也隨溫度升高而略有增加,，因此在這一范圍內(nèi)tanδ隨溫度的升高而增大。當(dāng)t=t₁時(shí),，偶極子轉(zhuǎn)向角已達(dá)最大值,，總的介質(zhì)損耗達(dá)到最太值，當(dāng)溫度繼續(xù)升高(t₁<t<t₂)時(shí),，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇,，阻礙了偶極子在電場(chǎng)作用下做規(guī)則排列，轉(zhuǎn)向極化減弱,，極化損耗減小,，在此階段雖然電導(dǎo)損耗隨溫度的升高仍是增加的，但其增加的程度比極化損耗減小的程度小，因此在這一范圍內(nèi)tanδ是隨溫度升高而減小的,，當(dāng)t=t₂時(shí),，總損耗達(dá)到最小值。當(dāng)溫度進(jìn)一步升高(t>t₂)時(shí),，電導(dǎo)損耗隨溫度的升高而急劇增加,，此時(shí)總損耗以電導(dǎo)損耗為主，因此隨著溫度的升高,，介質(zhì)損耗也隨之急劇增大,。由圖3-16可見(jiàn)，當(dāng)電源頻率增高時(shí),，整個(gè)曲線右移,，這是因?yàn)樵谳^高的頻率下，偶極子來(lái)不及充分轉(zhuǎn)向,，要使轉(zhuǎn)向極化充分進(jìn)行,，就必須減小粘滯性(即升高溫度)。

4.討論tanδ的意義

1)選擇絕緣材料

設(shè)計(jì)絕緣結(jié)構(gòu)時(shí),，必須注意絕緣材料的tanδ,，其值過(guò)大會(huì)引起嚴(yán)重發(fā)熱，容易使材料劣化,，甚至導(dǎo)致熱擊穿,。例如用蓖麻油制造的電容器就因?yàn)?/span>tanδ大，而僅限于直流或脈沖電壓下使用,，不能用于交流電壓下,。

2)在絕緣預(yù)防性試驗(yàn)中判斷絕緣狀況

當(dāng)絕緣受潮或劣化時(shí)，tanδ將急劇上升,，也可以通過(guò)tanδ與U的關(guān)系曲線加以判斷是否發(fā)生局部放電,。

3)介質(zhì)損耗引起的發(fā)熱可以利用

當(dāng)tanδ大的材料需要加熱時(shí)，可以對(duì)材料加交流(工頻或高頻)電壓,，利用材料本身介質(zhì)損耗的發(fā)熱,。如電瓷生產(chǎn)中對(duì)泥坯加熱即是在泥坯兩端加上交流電壓，利用介質(zhì)損耗發(fā)熱加速泥坯的干燥過(guò)程,。由于這種方法是利用材料本身介質(zhì)損耗的發(fā)熱,，所以加熱非常均勻。