6. 2. Диэлектрические потери

При воздействии на диэлектрик электрического поля часть энергии поля в диэлектрике переходит в тепло и вызывает нагрев диэлектрика. Эта часть энергии поля, рассеивающаяся в диэлектрике в единицу времени, называется диэлектрическими потерями. Природа диэлектрических потерь обуславливается токами абсорбции, являющимися следствием поляризационных процессов и тока сквозной проводимости.

Качество диэлектрика характеризуют удельными потерями (т.е. мощностью, выделяющейся при данной рабочей частоте в единице объема диэлектрика), углом диэлектрических потерь или, чаще, тангенсом угла диэлектрических потерь.

Углом диэлектрических потерь называется угол, дополняющий до 90˚ угол сдвига фаз между векторами тока и напряжения (угол) в емкостной цепи (рис 6.1.):

.

Чем больше значение тангенса угла диэлектрических потерь , тем более высокие (при прочих равных условиях) диэлектрические потери. Для наиболее широко применяемых диэлектриковимеет значение в пределах от 0,0001 до 0,03.

Диэлектрические потери могут быть как при постоянном, так и при переменном напряжении. При постоянном напряжении потери обусловлены только током сквозной проводимости, и величина диэлектрических потерь в данном случае зависит (обратно пропорционально) от значений удельных объемного и поверхностного сопротивлений. При переменном напряжении диэлектрические потери возникают под действием как тока сквозной проводимости, так и релаксационных видов поляризации.

В сильных электрических полях (в постоянном и переменном) дополнительно возникают ионизационные потери.

Диэлектрическая проницаемость и диэлектрические потери зависят от частоты приложенного напряжения. У нейтральных диэлектриков изменение частоты вызывает, как правило, лишь незначительное изменение величины . Влияние же изменения частоты приложенного напряжения на диэлектрическую проницаемость полярных диэлектриков может быть весьма существенно. На рис 6. 2 ,(а) приведен график изменения относительной диэлектрической проницаемости от частоты для полярной жидкости. В начальный период величинасоответствует диэлектрической проницаемости при постоянном напряжении. Начинающееся затем снижение величины объясняется тем, что диполи не успевают следовать за изменением частоты приложенного напряжения и угол их поворота уменьшается. С дальнейшим увеличением частоты ориентация диполей совершенно прекращается, в результате чего дипольная поляризация практически исчезает и диэлектрическая проницаемостьопределяется лишь одной электронной поляризацией.

Зависимость дипольного диэлектрика от частоты при неизменной температуре приведена на рис. 6. 2 (б). Наличие частотного максимума является следствием того, что диполи могут иметь максимальный угол поворота при ориентации под действием поля только при вполне определенной частоте, т.е. когда время, за которое изменяется направление электрического поля, становится соизмеримо со временем релаксации диполя.