Диэлектрические потери в жидких диэлектриках

Неполярные жидкие диэлектрики

В неполярных жидкостях имеют место потери на электропроводность за счет диссоциации ионогенных примесей (tgδ ≈ 10^-4 ).

Зависимости tgδ(t) и tgδ(f) для неполярных диэлектриков приведены на рис. 11.4.

Рис.11.4. Зависимости tgδ(t) и tgδ(f) для жидких неполярных диэлектриков

С увеличением температуры ослабляются связи в молекулах примесей и увеличивается степень их диссоциации, также ослабляются связи между молекулами диэлектрика (уменьшается вязкость). В результате увеличиваются концентрация ионов n, их подвижность а и, следовательно, в соответствии с формулой j = σ Е = (S·n_i·q_ia_i) Е), увеличивается I _ск. Увеличение I _ск. в соответствии с векторной диаграммой токов (рис. 11.3) приводит к увеличению δ и tgδ.

Зависимости tgδ(t) имеет вид:

tgδ = A exp (α T), (14)

где A и α – постоянные, зависящие от природы вещества.

С увеличением частоты напряжения f увеличивается I _с в соответствии с выражением:

, (15)

что приводит Ошибка! Ошибка связи. в соответствии c векторной диаграммой токов (рис. 11.2) к уменьшению δ и tgδ.

Зависимость tgδ(f) также может быть получена из выражения (11) в виде:

. (16)

Полярные жидкие диэлектрики

В полярных жидкостях имеют место потери на электропроводность и релаксационные потери, обусловленные дипольно-релаксационной поляризацией (tgδ ≈ 10^-3 - 10^-2 ).

τ _р = T/2

Зависимости tgδ и вязкости жидкости η от температуры T приведены на рис. 21. 5

T_m  

Рис. 11.5. Зависимость tgδ и вязкости жидкости η от температуры T для полярных жидких диэлектриков: 1` - потери на электропроводность, 2 – релаксационные потери, 3 – вязкость жидкости η, 4 – суммарные потери

На участках I и IV имеют место только потери на электропроводность, обусловленные дрейфом примесных и собственных ионов. Здесь зависимость tgδ(Т) такая же, как для неполярных диэлектриков.

На участках II и III наблюдаются потери на электропроводность и дипольно-релаксационные потери, которые приводят к появлению релаксационного максимума.

На участке II при увеличении температуры до Т_m tgδ увеличивается так как возрастают релаксационные потери в результате ослабления межмолекулярных связей, снижения вязкости жидкости и увеличения угла поворота диполей под действием электрического поля.

На участке III при нагревании диэлектрика увеличивается интенсивность теплового хаотического движения молекул, что препятствует их ориентации под действием электрического поля. В результате, угол поворота полярных молекул под действием электрического поля уменьшается, что приводит к уменьшению релаксационных потерь и tgδ.

При T = T_m время релаксации молекул равно полупериоду приложенного напряжения: τ _р = T/2. При увеличении частоты напряжения τ _р становится больше T/2 (τ _р > T/2). Для восстановления равновесия τ _р = T/2 необходимо уменьшить вязкость жидкости путем увеличения температуры. Следовательно, при увеличении частоты напряжения, максимум зависимости tgδ(Т) будет смещаться в сторону более высокой температуры.

Зависимость tgδ от частоты напряжения f приведена на рис. 11.6.

Рис. 11.6. Зависимость tgδ и от от частоты напряжения f для полярных жидких диэлектриков: 1` - потери на электропроводность, 2 – релаксационные потери, 3 – суммарные потери

На участке I имеют место только потери на электропроводность. Уменьшение tgδ при увеличении f связано с увеличением емкостного тока. Под действием переменного электрического поля молекулы непрерывно поворачиваются на максимально возможный угол, но релаксационные потери отсутствуют ввиду малой частоты электрического поля.

На участках II и III наблюдаются потери на электропроводность и дипольно-релаксационные потери, которые приводят к появлению релаксационного максимума.

На участке II выполняется условие τ _р < T/2. Происходит максимальная ориентация молекул в направлении переменного электрического поля. При увеличении частоты напряжения до f_m релаксационные потери и tgδ возрастают до максимального значения в результате увеличения частоты колебаний молекул диэлектрика.

На участке III выполняется условие τ _р > T/2. Полярные молекулы диэлектрика не успевают следовать за изменением частоты поля. В результате угол поворота полярных молекул под действием электрического поля уменьшается, что приводит к уменьшению релаксационных потерь и tgδ.

На участке IV τ _р >> T/2. Здесь частота поля настолько велика, что ориентация молекул под действием электрического поля полностью прекращается.Релаксационные потери отсутствует, имеют место только потери на электропроводность; tgδ уменьшается ввиду увеличения I _c.

При T = T_m τ _р = T/2. При увеличении температуры τ _р становится больше T/2 (τ _р > T/2) за счет ослабления межмолекулярных связей и уменьшения вязкости жидкости. Для восстановления равновесия τ _р = T/2 необходимо увеличить частоту напряжения. Следовательно, при увеличении температуры, максимум зависимости tgδ(f) будет смещаться в сторону более высокой частоты.

Дата добавления: 2017-01-13