3.5. Факторы, влияющие на диэлектрическую проницаемость и диэлектрические потери в изоляционных материалах

Т емпература мало влияет на диэлектрическую проницаемость изоляционных материалов с упругой электронной поляризацией. При повышении температуры такого диэлектрика наблюдается некоторое снижение  , что объясняется уменьшением количества молекул в единице объёма при его увеличении от нагрева.

Н

Рис. 3.11. Влияние температуры на диэлектрическую проницаемость жидкого диэлектрика — совола и твёрдой резины

а диэлектрическую проницаемость материалов с иными видами поляризации (дипольной, объёмно-зарядной и др.) изменения температуры оказывают заметное влияние (рис. 3.11). На рисунке представлены зависимости диэлектрической проницаемости изоляционной жидкости — совола и твёрдого диэлектрика — резины от температуры.

При низких температурах велика вязкость жидкости, понижена подвижность её молекул, и ориентация диполей под действием сил электрического поля затруднена.

При повышении температуры совол разжижается, облегчается процесс поляризации,  увеличивается.

П ри дальнейшем повышении температуры тепловое хаотичное движение молекул жидкости усиливается и препятствует ориентации диполей, поляризация затрудняется,  уменьшается.

З

Рис. 3.12. Влияние температуры на тангенс угла диэлектрических потерь в жидком диэлектрике — соволе и в твёрдой резине

ависимость tg совола от температуры (рис.3.12) объясняется теми же причинами. С увеличением температуры вязкость жидкости падает, ориентация диполей облегчается, поляризация становится всё более полной и затраты энергии увеличиваются. Когда тепловое движение молекул затрудняет поляризацию, энергия, затрачиваемая на ориентацию диполей по полю, уменьшается. При достаточно высоких температурах потери энергии вновь возрастают, но эти потери связаны с увеличением объёмного тока проводимости от снижения удельного сопротивления материала при его нагреве.

Легко заметить, что характеры процессов, протекающих в твёрдом полярном диэлектрике — резине и в жидкости, весьма схожи (рис. 3.11, 3.12).

Ч астота переменного электрического поля оказывает влияние на диэлектрическую проницаемость материалов, способных к неупругим видам поляризации — дипольной, объёмно-зарядной, спонтанной .

К

Рис. 3.13. Влияние частоты f электрического поля на диэлектрическую проницаемость  и тангенс угла диэлектрических потерь tg в материале с дипольной поляризацией

ак отмечалось ранее, для электронной поляризации требуется весьма малое время и она успевает свершиться за половину периода переменного электрического поля с частотой вплоть до 10⁹ МГц. Изменения же частоты поля в реальных диапазонах не оказывают влияния на процессы упругой поляризации диэлектрика.

Для полной ориентации по полю объёмных зарядов или диполей и завершения поляризации требуется значительно большее время, определяющее граничную максимальную частоту поля f_О, до которой диэлектрик ещё способен поляризоваться (рис. 3.13). При частотах меньших, чем граничная, продолжительность полупериода переменного поля достаточна для свершения поляризации,  диэлектрика велика и не зависит от частоты электрического поля. На частотах же выше f_О поворот диполей и перемещение зарядов в материале не поспевают за полем, быстро меняющим свою полярность, диэлектрическая проницаемость уменьшается до значения, обусловленного лишь упругой поляризацией.

Зависимость tg диэлектрика от частоты поля объясняется теми же причинами. По мере увеличения частоты поля до f_О учащается переориентация диполей и объёмных зарядов, этот процесс требует всё больших затрат энергии. На частотах выше граничной перемещение зарядов и поворот диполей прекращаются, затраты энергии уменьшаются.

Диэлектрическую проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь в изоляционных материалах измеряют высоковольтным мостом МДП [3].