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交变电场中电介质的损耗-计漏电导的损耗


若 tgδ 较大,则可能产生严重发热。
因为由式 (4-133) 决定的每秒钟介质每单位体积内所耗散的 能量,一般就转化为热,使介质温度升高。 如不设法使 tgδ 降低或采取有效散热措施, 有可能导致电介质的破坏。
简要总结:计及电导时的损耗情形-频率关系
tgδ 与频率的关系: 当频率很低时,损耗主要由漏导电流引起,此时:
最后应指出: 在 tgδ 的关系确定以后,只要考虑到式 (4-40), 介质内所耗散的能量密度 w 可以计算,即:
w=

2
2 '' E0
(焦耳/米3·秒)
其中ε” 用 ε’ tgδ 代替 ( tgδ =ε”/ε’),即有:
3-133
公式中引入了 tgδ
由式 (4-133) 可知, 在高频强电场下工作的电介质,
1) tgδ 与频率的关系 (1)对静电场 ω=0,由 (4-130)可知, tgδ →∞。
表示静电场中,tgδ 是没有物理意义的,
tgδ 只是介质在ω ≠ 0 交变电场中的物理参数。
4-130
4-130
(2)当频率很低时
含有 ω2τ2 或 ω2τ 的项可以略去,故损耗主要由漏导电流引起,
此时有:
4-131
由此可见: 在低频段,tgδ 随频率升高成反比地下降。
(3)当频率较高时
tgδ 与ω 的关系基本上服从于图 4-9(c) 所示变化规律。
图 4-9 (a)
与频率的关系;(b)
与频率的关系;(c)
与频率的关系
电导损耗所占比例逐步增加时,tgδ 弛豫最大值不显著;
当γ 值很大时,tgδ 的极大值有可能完全被淹没。 tgδ 与频率的关系分别如图 4-22(a) 和图 4-23(a) 所示。
图 4-22 计及漏导损耗时 tgδ的温频特性 (a) 频率;(b)温度
温度比较高, 电导比较大。
图 4-23 电导率不同的介质损耗பைடு நூலகம்子温频特性 (曲线1到5对应于电导率由小到大)
直流电导率对 Cole-Cole 园图的影响 计及漏导损耗时,由式 (4-8) 可以看出, 自由电荷引起的电导率γ 对复介电常数的贡献是 ( -i γ/ω )。 通常可以把有电导的介质材料看作是:
(3)在总的介质损耗中
由电导引起的损耗分量所占比例逐渐增加时,
tgδ 的弛豫极大值不会那么明显。 电导率 γ 很大的介质,tgδ 的极大值还可能完全被淹没, tgδ~T 的关系服从于γ ~T 的指数变化关系。 tgδ 与温度的关系分别示于图 4-22(b) 和 4-23(b) 中。
温度不太高, 电导不太大。
图 4-22 计及漏导损耗
图 4-23 电导率不同的损耗
2) tgδ与 温度的关系 (1)当温度很高时
电导率 γ 变得很高,式 (4-130) 中其余各项影响相对很小, 故此时 tgδ 的表达式仍适用于式 (4-131),即: tgδ=
0 rg
rs
而γ 与温度的关系是:
γ=A
e B / T
4-131
在低频段时,tgδ 随频率升高成反比地下降。
频率较高时, tgδ 与ω 的关系会出现峰值。 电导损耗逐步增加时,tgδ 弛豫最大值不显著;
当γ 值很大时,tgδ 的极大值可能完全被淹没。
简要总结:计及电导时的损耗情形–温度关系
温度很高时,电导率γ 变得很高,tgδ 的表达式:
γ=A tgδ= 0 rg tgδ 随温度升高指数式增大。
由一种理想的不导电的介质与一个电阻并联而成.
所以具有电导的存在松弛机制的介质复介电常数方程是:
4-132
4-132
显然, 电导项对 Co1e-Cole 图产生影响。 并且电导率愈大,则计及直流电
导率影响的实际图形偏离 Co1eCole 半圆愈益明显。 如图 4-24 所示。
图 4-24 直流电导率对 Cole-Cole图的影响
这样,综合电介质中电流密度各种贡献.
实际电介质中电流矢量图将如图 4-21 所示。
图 4-21 实际电介质中的电流矢量
产生损耗的有功电流密度 包括如下两个分量: j lp 弛豫过程产生的有功电流密度; j lc 漏导引起的电流密度。 不产生损耗的无功电流密度 也有两个分量:
j cc
由位移极化产生的纯电容电流; j cp
图 4-21 实际电介质中的电流矢量
由弛豫过程 ( 极化 ) 产生的电容电流。
于是,在计及了漏电导时,有定义式,有: 介质损耗角正切为:
参见公式(4-11)
4-129
式中,γ 是介质的电导率。
j l p 对应弛豫贡献的电流 j l c 对应漏导贡献的电流
4-11
如果计及德拜方程 ( 式 4-73 和式 4-74 ),
并注意到式 ( 4-86 ),便有:
4-130
计及漏电导时的介质损耗 :
4-130
比较较德拜方程:
4-75
计及漏电导的介质损耗变得复杂了。 不计漏电导的介质损耗普遍情况中的一个特例。 特殊地,介质电导率γ 很小,漏导电流可以忽略时, 式 (4-130) 转为式 (4-75),损耗全部由弛豫过程引起。
因此,当主要考虑电导的影响时,
tgδ 随温度升高指数式增大。
(2)当温度很低或较低时
由于γ 值小,电导引起损耗的比例相对较小,
介质损耗主要决定于弛豫过程: 一定额率下于某个温度出现 tgδ 的极大值; 当频率增高时,出现 tgδ 极大值所对应的温度向高温方向移动。
图 4-22 计及漏导损耗时 tgδ的温频特性 (a) 频率;(b)温度
第四章
交变电场中电介质的损耗
复介电常数
介质损耗
弛豫现象
德拜方程
弛豫机制
介质损耗与温度的关系
考虑漏电导时的介质损耗
计及漏电导时的介质损耗
推导 Kramers-Kronig 关系式及德拜方程式时,
当时声明:暂不计及漏导电流及漏导损耗。
但是,实际电介质,受外电场作用时,除了由 弛豫导致电流密度外;也有漏电导电流密度,
e
B /T
温度很低或较低时,γ值小,介质损耗主要决定于弛豫。
一定额率下于某个温度出现 tgδ 的极大值。
频率增高,出现 tgδ 极大值对应的温度向高温方向移动。 在总的介质损耗中: 电导损耗所占比例逐渐增加时,tgδ 的弛豫极大值不明显。
电导率γ 很大的介质,tgδ 的极大值还可能被淹没,
tgδ~T 的关系服从于γ ~T 的指数变化关系。
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