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電介質的損耗及其影響因素

更新時間:2024-08-13      點擊次數:1269

電介質的損耗及其影響因素

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

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1)氣體電介質的損耗

氣體電介質的相對介電常數εr接近1,極化是輕微的,因此氣體電介質損耗僅由電導引起。當外加電壓低于氣體的起始放電電壓時,氣體電介質的電導也是極小的,所以氣體電介質的損耗很小,受溫度和頻率的影響都不大。因此,實際工程中,常用氣體作為標準電容器的介質。當外加電壓超過氣體的起始放電電壓時,氣體將發生局部放電,損耗急劇增加,如圖3-15所示。

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2)液體和固體電介質的損耗

非極性或弱極性的液體、固體及結構較緊密的離子性電介質,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,因此這類電介質的損耗主要由電導引起,tanδ較小。頻率對其損耗沒有影響,溫度對這類介質損耗的影響與溫度對電導的影響相似,即tanδ 隨溫度的升高也是按指數規律增大。

極性液體、固體及結構不緊密的離子性電介質,除具有電導損耗外,還有極化損耗,因此tanδ較大,而且和溫度、頻率等因素有較復雜的關系,如圖3-16所示(曲線1對應于頻率f1,曲線2對應于頻率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,電導損耗和極化損耗都很小,隨溫度的升高,偶極子轉容易,從使極化損耗顯著增加,同時電導損耗也隨溫度升高而略有增加,因此在這一范圍內tanδ隨溫度的升高而增大。當t=t1時,偶極子轉向角已達最大值,總的介質損耗達到最太值,當溫度繼續升高(t1<t<t2)時,分子熱運動加劇,阻礙了偶極子在電場作用下做規則排列,轉向極化減弱,極化損耗減小,在此階段雖然電導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tanδ是隨溫度升高而減小的,當t=t2時,總損耗達到最小值。當溫度進一步升高(t>t2)時,電導損耗隨溫度的升高而急劇增加,此時總損耗以電導損耗為主,因此隨著溫度的升高,介質損耗也隨之急劇增大。由3-16可見,當電源頻率增高時,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向,要使轉向極化充分進行,就必須減小粘滯性(即升高溫度)。

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4.討論tanδ的意義

1)選擇絕緣材料

設計絕緣結構時,必須注意絕緣材料的tanδ,其值過大會引起嚴重發熱,容易使材料劣化,甚至導致熱擊穿。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)在絕緣預防性試驗中判斷絕緣狀況

當絕緣受潮或劣化時,tanδ將急劇上升,也可以通過tanδU的關系曲線加以判斷是否發生局部放電。

3)介質損耗引起的發熱可以利用

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,利用材料本身介質損耗的發熱。如電瓷生產中對泥加熱即是在泥坯兩端加上交流電壓,利用介質損耗發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損耗的發熱,所以加熱非常均勻。

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