Диэлектрические потери в газообразных диэлектриках

В газообразных диэлектриках наблюдаются следующие виды потерь энергии электрического поля: на электропроводность и ионизационные (tgδ ≈ 10^-8 - 10^-7). Хотя в газах имеет место дипольно-релаксационная поляризация, она не вызывает релаксационные потери ввиду малой плотности газа.

В газообразных диэлектриках tgδ не зависит от температуры и частоты приложенного напряжения.

Зависимость tgδ = f (U) для твердого диэлектрика с газовыми включениями называется «кривой ионизации» (рис. 11. 3).

Рис.11.3. Кривая ионизации для твердого диэлектрика с газовыми включениями: U _и – напряжение ионизации, U _пр– напряжение пробоя

На участке I потери обусловлены электропроводностью в твердом диэлектрике и в газовых включениях. Здесь справедлив Закон Ома. При увеличении напряжения увеличивается скорость движения зарядов (ионов и электронов) v_i = Eα_i, плотность тока j =S·n_i·q_iv_i = (S·n_i·q_ia_i) Е и I _ск (см. векторную диаграмму токов). Увеличение I _ск приводит к увеличению tgδ.

В «точке ионизации» при напряжении ионизации U _и начинается процесс ионизации газовых включений, который сопровождается их пробоем с образованием так называемых «частичных разрядов».

На участке II потери обусловлены электропроводностью в твердом диэлектрике и ионизацией газовых включений.

При увеличении напряжения от U _и до U_max интенсифицируется процесс ионизации газа, увеличивается количество носителей зарядов n_i и их подвижность a_i, плотность тока j и I _ск. Увеличение I _ск приводит к резкому увеличению tgδ. При увеличении U в процесс ионизации вовлекается все большее количества пор диэлектрика – сначала крупные, затем, более мелкие. При U_max все газовые включения оказываются ионизированными и tgδ достигаем максимального значения.

Потери на ионизацию определяются по выражению:

P _и = Af (U – U _и)³ , (13)

где A – коэффициент, зависящий от размера и формы газовых пор, плотности газа и его диэлектрической проницаемости, f – частота приложенного напряжения, U – рабочее напряжение, U _и – напряжение ионизации.

На участке III при увеличении напряжения tgδ уменьшается, так как все газовые поры ионизированы. Затрат энергии на ионизацию новых газовых включений не требуется, потери обусловлены электропроводностью.

При U = U _пр происходит пробой диэлектрика.

Дата добавления: 2017-01-13