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，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)外加電壓超過氣體的起始放電電壓時，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。頻率對其損耗沒有影響，溫度對這類介質(zhì)損耗的影響與溫度對電導(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對應(yīng)于頻率f₁，曲線2對應(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時的情況，在溫度較低(t<t₁)時，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，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，分子熱運(yùn)動加劇，阻礙了偶極子在電場作用下做規(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，總損耗達(dá)到最小值。當(dāng)溫度進(jìn)一步升高(t>t₂)時，電導(dǎo)損耗隨溫度的升高而急劇增加，此時總損耗以電導(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，當(dāng)電源頻率增高時，整個曲線右移，這是因為在較高的頻率下，偶極子來不及充分轉(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)計絕緣結(jié)構(gòu)時，必須注意絕緣材料的tanδ，其值過大會引起嚴(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為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)防性試驗中判斷絕緣狀況

當(dāng)絕緣受潮或劣化時，tanδ將急劇上升，也可以通過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，可以對材料加交流(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。