Дать полную характеристику диэлектрикам, приведённым в таблице 2.2, по следующим процессам:
– по виду поляризации. Привести и объяснить зависимости диэлектрической проницаемости ε от частоты и температуры;
– по виду электропроводимости. Привести зависимость токов, протекающих по диэлектрику от времени приложения напряжения, векторную диаграмму для данных диэлектриков с указанием углов между токами и напряжением;
– по виду диэлектрических потерь;
– по электрической прочности.
Вариант 1: трансформаторное масло.
Решение
Среди жидких диэлектриков наиболее распространено трансформаторное масло. Как и следует из названия, оно в основном используется в качестве изолятора в трансформаторах.
Основным, характерным для любого диэлектрика процессом, возникающим при воздействии на него электрического напряжения, является поляризация – ограниченное смещение связанных зарядов или ориентация дипольных молекул.
Диэлектрики можно подразделить на полярные и неполярные (не содержащие ориентирующихся диполей).
Трансформаторное масло является неполярным диэлектриком
Молекулы трансформаторного масла имеют симметричное строение и центр симметрии, так как центры тяжести положительных и отрицательных зарядов совпадают с центром симметрии молекулы. Если рассмотреть молекулы неполярных диэлектриков с точки зрения диполя, то при отсутствии 34290-24765Iскв
Iсм
I=Iсм+Iскв
-Iсм
0
t, c
I, А
Рис. 1
Момент отключения
напряжения
10-15с
00Iскв
Iсм
I=Iсм+Iскв
-Iсм
0
t, c
I, А
Рис. 1
Момент отключения
напряжения
10-15с
внешнего электрического поля для таких молекул плечо диполя l=0 и магнитный момент pn= 0. Таким образом, трансформаторное масло не обладает дипольной поляризацией. Другие виды поляризации в определенных условиях могут проявляться в трансформаторном масле в незначительной степени, притом они связаны в основном с поляризацией примесей. Для чистых трансформаторных масел поляризацию можно не учитывать. Экспериментальные данные подтверждают отсутствие поляризации трансформаторных масел в интервале температур от 20 до 100°С.
В момент включения постоянного электрического поля через диэлектрик протекает токи смещения Iсм, обусловленный быстрыми видами поляризаций. Токи смещения Iсм устанавливаются за время 10-12-10-15с.
На рис. 1 показана зависимость тока через неполярный диэлектрик от времени с момента включения под постоянное напряжение. Другие виды поляризационных токов, как и токи абсорбции, присущий только полярным и неоднородным диэлектрикам, отсутствуют.
Таким образом, ток в неполярных диэлектриках в основном сквозной ток, а также незначительнве токи смещения при включении и выключении напряжения (см. рис. 1).
При отключении напряжения по неполярному диэлектрику токи смещения протекают в обратном направлении, и прекращаются также за очень короткое время. Сквозной ток при отключении напряжения, прекращаются мгновенно.
70485588645Рисунок 2
Зависимости кинематической вязкости от температуры для трансформаторного масла (кривая 1) и кремнийорганической жидкости (кривая 2)
00Рисунок 2
Зависимости кинематической вязкости от температуры для трансформаторного масла (кривая 1) и кремнийорганической жидкости (кривая 2)
Трансформаторное масло – это жидкость от почти бесцветной до темно-желтого цвета, по химическому составу представляющая собой смесь различных углеводородов
. Нефти разных месторождений отличаются по своим параметрам и зависимостям этих параметров от температуры.
Практически важные свойства трансформаторного масла нормируются стандартом ГОСТ 982—80. По средним фактическим данным (при различных способах очистки) кинематическая вязкость этого масла составляет 17 – 18,5 мм2/с при 20 и 6,5-6,7 мм2/с при 50 °С; кислотное число 0,03-0,1 г КОН/кг; температура вспышки паров 135—140 °С; температура застывания около минус 45. Типичная температурная зависимость кинематической вязкости трансформаторного масла показана на рис. 2, кривая 1). Ограничение вязкости весьма важно, так как слишком вязкое масло хуже отводит теплоту потерь от обмоток и магнитопровода трансформатора.
Одним из важнейших характеристик диэлектриков является закономерность их пробоя. Рассмотрим особенности пробоя жидких диэлектриков, в частности особенности пробоя трансформаторного масла и способы повышения его прочности.
Пробивное напряжение жидких диэлектриков в нормальных условиях значительно выше, чем у газов.
Механизм пробоя и значение электрической прочности диэлектрических жидкостей обусловлены прежде всего их чистотой.
Электрический пробой тщательно очищенных жидкостей при кратковременном воздействии электрического поля происходит за счет сочетания двух процессов: ударной ионизации электронами и холодной эмиссии с катода. В соответствии с этим электрическая прочность тщательно очищенных жидкостей на два порядка выше, чем газов, и составляет примерно 100 МВ/м. Это объясняется тем, что требуется большая напряженность поля для того, чтобы электрон, двигаясь в более плотной среде, с меньшей длиной свободного пробега l накопил энергию, достаточную для ионизации.
Природу пробоя загрязненных и технически чистых жидкостей определяют процессы, связанные с движением и перераспределением частиц примесей. Под действием высокого напряжения эти процессы приводят к возникновению таких вторичных явлений, как образование мостиков из твердых частиц или пузырьков газа, т. е. проводящих каналов проводимости. В частности, при работе жидкости в сильных полях, особенно высокой частоты, происходит ее нагрев и образование пузырьков пара. Поэтому характер пробоя жидких диэлектриков зависит от множества факторов, определяемых в значительной мере видом, размером, количеством и распределением примесей
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
