电介质的损耗

故定义：——故定义：——为复电导率生热击穿的根源。电介质在单位时间内消耗的能量称为电介质损耗功率，简称电介质损耗。损耗的形式①电导损耗：损耗较大，并在肯定温度和频率上消灭峰值。固电介质在工作电压下的电导损耗是很小的，与电导一样，是随温度的增加而急剧增加的。②极化损耗：只有缓慢极化过程才会引起能量损耗，如偶极子的极化损耗。它与温度有关，也与电场的频率有关。极化tgδ来表征电介质在沟通电场下的损耗特征。`③游离损耗：放电是指液、固体绝缘间隙中，导体间的绝缘材料局部形成“桥路”的一种电气放电，这种局部放电可能与导体接触或不接触。这种损耗称为电晕损耗。介质损耗的表示方法电流为：；90oGU90o。此时，合成电流为：；————复介电常数损耗角的定义：ε，虚部也不是准确地等于。复介电常数最一般的表示方式是：只要电导(或损耗)不完全由自由电荷产生，那么电导率σ损耗角的定义：ε，虚部也不是准确地等于。复介电常数最一般的表示方式是：ε”ε”ε都是领带依靠于频率的量，所以：1)频率的影响〔1〕ω→0时，介质的各种极化都能跟上外加电场的变化，此时不存在极化PW和频率无关。tgδ=δ/ωε，则当ω→0时，tgδ→∞。随着ω的上升，tgδ减小。εrω上升而削减。在这一频率范围内，由于ωτ1tgδ随ω上升Pw也增大。(3)当ω很高时，εr→ε∞εr趋于最小值。此时由于ωτ＞＞1，此时tgδ随ω上升而减小。ω→∞时，tgδ→0。从图可看出，在ωm下，tgδ达最大值，ωm可由下式求出：tgδtgδ的最大值变得平坦，最终在很大的电导下，tgδ无最大值，主要表现为电导损耗特征：tgδ与ω成反比，如图〕温度的影响Pεtgδ与温度关系很大。松弛极化随温度上升而增加，此时，离子间易发生移动，松弛时间常数τ减小。〔1〕〔1〕,τεrtgδ也较小。此时，由于，，，故在此温度范围内，随温度上升，τεr、tgδPW上升。〔2〕τ较小，此时，因而在此温度范围内，随温度上升，τtgδPW主要打算于极化PW也随温度上升而减小。由此看出，在某一温度Tm下，PW和tgδ有极大值，如左图。〔3〕当温度连续上升，到达很大值时，离子热运动能量很大，离子在电场作用下的定向迁移受到热运动的阻碍，因而极化减弱，εr下降。此时电导损耗猛烈上升，tgδ也随温度上升急剧上升。比较不同频率下的tgδ与温度的关系，可以看出，高频下，Tm点向高温方向移动。tgδ在与频率、温度的关系曲线中消灭极大值。〕湿度的影响介质吸潮后，介电常数会增加，但比电导的增加要慢，由于电导损耗增大以及松驰极化损耗增加，而使tg410％时，其tgδ可增加100倍。无机介质的损耗无机材料还有两种损耗形式：电离损耗和构造损耗。电离损耗电离而吸取能量，造成损耗，即电离损耗。其损耗功率可以用下式近似计算：式中A为常数，ω为频率，U为外施电压。U0U＞U0时才适用，此时，当U>U0tgδ猛烈增大。固体电介质内气孔引起的电离损耗，可能导致整个介质的热破坏和化学破坏，应尽量避开。构造损耗是在高频、低温下，与介质内部构造的严密程度亲热相关的介质损耗。构造损耗与温度的关系很小，损耗tgδ则和频率无关。试验说明，构造严密的晶体或玻璃体的构造损耗都是很小的，但是当某些缘由〔如杂质的掺入，试样经淬火急冷的热处理等〕使它的内部构造变松散了，会使构造损耗大为提高。主要为构造损耗。离子晶体的损耗依据内部构造的严密程度，离子晶体可以分为构造严密的晶体和构造不严密的离子晶体。α-Al2O3、镁橄榄石晶体，在外电场作用下很难发生离子松弛极化〔除非有严峻的点缺陷存在〕，只有电子式和离子式的弹性位移极化，所以无极化损耗，仅有的一点损耗是由漏导引起〔包括本征电导和少量杂质引起的杂质电导〕。在常温下热tgδ随频率的上升而降低。因此以这tgδ随温度的变化呈现出电导损耗的特征。后者如电瓷中的莫来石〔3Al2O3.2SiO2)、耐热性瓷中的堇青石〔2MgO·2Al2O3·5SiO2〕等，这晶体中的弱联系离子有可能贯穿电极运动〔包括接力式的运动〕,产生电导损耗。弱联系离子也可能在肯定范围内来回运动，形成热离子松弛，消灭极化损耗。所以这类晶体的损耗较大，由这类晶体作主晶相的陶瓷材料不适用于高频，只能应用于低频。另外，假设两种晶体生成固溶体，则因或多或少带来各种点阵畸变和构造缺陷，通常有较大的损耗，并且ZrO2MgO的原始性能都MgOZrO2MgO含量约为25mol％时，损耗有极大值。玻璃的损耗简单玻璃中的介质损耗主要包括三个局部：电导损耗、松弛损耗和构造损耗。哪一种损耗占优势，打算于――温度和外加电压的频率。高频和高温下，电导损耗占优势；在高频下，主要的是由联系弱的离子在有限范围内的移动造成的松弛损耗；在高频和低温下，主要是构造损耗，其损耗机理目前还不清楚，或许与构造的严密程度有关。一般简洁纯玻璃的损耗都是很小的，这是由于简洁玻璃中的“分子”接近规章的排列，构造严密，没有联系增大。在玻璃电导中消灭的“”〔中和效应〕和“”〔压抑效应〕在玻璃的介质损耗方面tgδ大大降低，而且有一最正确的比值。左图表示Na2OK2OB2O3系玻璃的tgδB2O3数量为100，N＋离子和K＋离子的总量为60。当两种碱同时存在时，tgδ总是降低，而最正确比值约为等分子比。这可能是两种碱性氧化物参加后，在玻璃中形成微晶构造，玻璃由不同构造的微晶所组成。可以设想，在碱性氧化物的肯定比值下，形成的化合物中，离子与主体构造较强地固定着，实际上不参与引起介质损耗的过程；在离开最正确比值的状况下，一局部碱金属离子位于微晶的外面，即在构造的不严密处，使介质损耗增大。在含碱玻璃中参加二价金属氧化物，特别是重金属氧化物时，压抑效应特别明显。由于二价离子有二个键tgδPbOBaO，少量碱的电容器玻璃，在1×106赫时，tgδ为6×10－4——9×10－4。制造玻璃釉电容器的玻璃含PbOBaOtgδ4×104250℃的高温。陶瓷材料的损耗导也会引起较大的损耗。〔如粘土〕，形成玻璃相，这样就使损耗增大。如滑石瓷、尖晶石瓷随粘土含量的增大，其损耗也增大。因而一般高频瓷，如氧化铝瓷、金红石等很少含有玻璃相。变等。假设陶瓷材料中含有可变价离子，如含钛陶瓷，往往具有显著的电子松弛极化损耗。分。这是在估量陶瓷材料的损耗时必需考虑的。总之，介质损耗是介质的电导和松弛极化引起的电导和极化过程中带电质点〔弱束缚电子和弱联系离子，子”的热振动，能量消耗在使电介质发热效应上。降低材料的介质损耗的方法降低材料的介质损耗应从考虑降低材料的电导损耗和极化损耗入手。〔1〕选择适宜的主晶相：尽量选择构造严密的晶体作为主晶相。〔2〕改善主晶相性能时，尽量避开产生缺位固溶体或填隙固溶体，最好形成连续固溶体。这样弱联系离子少，可避开损耗显著增大。(3)“”和“”，以降低玻璃相的损耗。(4〕防止产生多晶转变，由于多晶转变时晶格缺陷多，电性能下降，损耗增加。如滑石转变为原顽辉石时析出游离方石英Mg3〔Si4O10〕〔OH〕2→3〔MgO·SiO2〕＋SiO2十H2O)的Al2O3，使Al2O3SiO2生成硅线石〔