Tổn hao điện môi Vật liệu điện

MỤC LỤC Khái quát tổn hao điện môi 1.1 Khái niệm tổn hao điện môi Khi điện trường tác động lên điện môi, điện môi xảy trình dịch chuyển điện tích tự điện tích ràng buộc điện trường xuất dòng điện dẫn dòng điện phân cực chúng tác động lên điện môi, làm cho điện môi nóng lên truyền nhiệt vào điện môi Như vậy, tổn hao điện môi phần lượng tản điện môi đơn vị thời gian làm cho điện môi nóng lên có điện trường tác động 1.2 Tác hại tổn hao điện môi Khi điện môi có tổn hao điện môi lớn nhiệt độ phát nóng điện môi tăng dần lên, đến lúc vượt mức cho phép làm cho điện môi bị phân huỷ nhiệt điện môi bị tính chất cách điện, mà ta gọi phóng điện nhiệt gây nên Nếu điện áp đặt lên điện môi không đủ lớn để tạo nên độ nóng mức cho phép tổn hao điện môi gây trường hợp tổn thất điện môi đưa đến tác hại nghiêm trọng làm tăng điện dẫn điện môi, tham số vật liệu thay đổi, sơ đồ mạch điện thay đổi… Tổn thất điện môi liên quan chặt chẽ với số điện môi, thông thường số điện môi lớn tổn thất điện môi lớn Ngoài ra, tổn thất điện môi xác định thông qua “suất tổn hao”, giá trị công suất tản đơn vị thể tích suất tổn hao 1.3 Dòng tổn hao điện môi 1.3.1 Tổn hao điện môi điện áp DC Trong điện môi phân cực theo chu kỳ, nên lượng tiêu hao gây nên, nghĩa chất lượng vật liệu xác định trở suất bề mặt khối lượng vật liệu 1.3.2 Tổn hao điện môi điện áp AC Trong điện áp AC điện môi có gây nên Do phải dung đặt tính khác để xác định vật liệu cách điện -Trong đó: => Góc tổn hao � (� = 90o - φ) tham số quan trọng điện môi 3 Góc tổn hao lớn tổn hao lớn Thông thường giá trị tan� cho trước, tan� chất lượng cao có giá trị khoảng 0,001 chí 0,0001 dùng để sử dụng tần số cao Còn vật liệu chất lượng tan� hàng phần trăm cao dùng tần số thấp tan� = Ta nhận thấy công suất tổn thất tỷ lệ thuận với tanδ, tanδ gọi “hệ số tổn thất công suất” Trong trường hợp lý tưởng, sớm pha góc (không sinh tổn hao điện môi P lớn bé) 1.4 Tổn hao điện môi sơ đồ thay Khi đặt điện áp lên điện môi, điện môi thường xuất ba loại dòng điện, là: dòng điện rò (Irò), dòng điện chuyển dịch phân cực nhanh ( Icd) dòng điện hấp thụ phân cực chậm (Iht) Như vậy: I = Irò + Icd + Iht Khi điện môi đặt điện áp chiều, dòng điện phân cực xảy đóng hay ngắt nguồn điện, tổn hao điện môi chủ yếu dòng điện rò (Irò) gây nên Nhưng điện áp xoay chiều, dòng điện phân cực dòng điện rò có suốt thời gian đặt điện áp Khi tổn hao điện môi vừa dòng điện rò vừa dòng điện phân cực gây nên Dựa vào tính chất trên, tính toán ta thay điện môi sơ đồ mắc song song điện trở điện dung biểu đồ vectơ điện áp dòng điện Do yêu cầu mục đích tính toán, điện môi có tổn hao biểu diễn sơ đồ thay song, nối tiếp tụ điện với điện trở tương đương Trong thực tế: • • Khi có điện áp cần phải tính dòng điện IR IC, ta dùng sơ đồ song song Khi có dòng điện cần phải tính điện áp UR UC, ta dùng sơ đồ nối tiếp I δ φ a) Sơ đồ thay điện môi b) Biểu đồ vectơ điện áp dòng điện Sơ đồ thay điện môi gồm thành phần điện dung C điện trở R Các sơ đồ thay chọn phải thoả mãn điều kiện: • • Công suất tổn hao sơ đồ phải công suất tiêu hao điện môi Góc lệch pha dòng điện điện áp sơ đồ phải góc lệch pha thực tế điện môi có điện áp tần số Như vậy: tan�sơ đồ = tan�thực tế Tồn sơ đồ đơn giản sơ đồ đấu song song phần tử R//, C// sơ đồ nối tiếp phần tử Cnt, Rnt Trong sơ đồ mắc song song R// với C// ta có: tan� = = = với: g = ; b=⍵ R// Rnt Cnt C// I IR = u/R// uC = I uR = IRnđ IC = U⍵C// φ Sơ đồ song song R// với C// mắc nối tiếp Rnt với Cnt � � � mắc Sơ đồ Như tan� giảm tần số tăng lên Công suất tổn hao tính: P// = U.I.cosφ = U2.g = U2.b.tan� = U2.⍵.C.tan� Ở sơ đồ mắc nối tiếp Cnt với Rnt ta có: tan� = = ⍵.Cnt.Rnt = với Xnt = Công suất tổn hao sơ đồ tính: Pnt = U2.⍵.C.tan� = I2.Rnt Từ điều kiện tương đương sơ đồ P // = Pnt = P tan�sơ đồ = tan�thực tế , cần chuyển đổi sơ đồ nối tiếp sang sơ đồ song song hay ngược lại tham số điện dung điện trở tính công thức chuyển đổi sau: C// = R// = Rnt.(1 + ) φ u u Các nguyên nhân gây tổn hao điện môi 2.1 Tổn hao điện môi dòng điện rò Trong điện môi kỹ thuật chứa điện tích điện tử tự Dưới tác dụng điện trường điện tích kể tham gia vào dòng điện dẫn tạo nên dòng điện rò Trong điện môi rắn có dòng điện rò bề mặt khối điện môi, điện môi khí lỏng có dòng điện khối Nếu dòng điện rò lớn tổn hao điện môi có trị số đáng kể Trị số tang góc tổn hao điện môi trường hợp tính theo công thức: tan� = Trong đó: f - tần số điện trường [Hz] � - điện trở suất [Ω.cm] Tổn hao dạng phụ thuộc vào tần số điện trường Tan� giảm theo quy luật hyperbolic tần số tăng Khi nhiệt độ tăng lên, điện dẫn điện môi tăng theo quy luật hàm số mũ, tổn hao điện môi tăng theo quy luật này: PT = A Trong A b số vật liệu Hoặc ta có: Pt = P o Trong đó: Pt - tổn hao công suất nhiệt độ toC Po - tổn thất nhiệt độ 20oC � - số mũ vật liệu t - nhiệt độ [oC] 2.2 Tổn hao điện môi đo phân cực Dạng tổn hao điện môi thấy rõ chất có phân cực chậm: điện môi có cấu tạo lưỡng cực điện môi có cấu tạo ion ràng buộc không chặt chẽ Tổn hao điện môi phân cực chậm gây nên phá huỷ chuyển động nhiệt phần tử tác động cường độ điện trường Sự phá huỷ làm phát sinh lượng tiêu tán điện môi bị phát nóng Tổn hao điện môi điện môi cực tính tăng theo tần số điện áp đặt lên điện môi biểu rõ rệt tần số vô tuyến tần số siêu cao Khi tần số cao, tổn hao điện môi có trị số lớn tới mức phá huỷ vật liệu Do vậy, không nên dùng điện môi cực tính mạnh tần số cao kỹ thuật điện Quan hệ tan� với nhiệt độ điện môi cực tính có giá trị cực đại nhiệt độ đặc trưng cho loại vật liệu Ở nhiệt độ thời gian phân cực chậm phân tử điện môi gần trùng với chu kỳ biến đổi điện trường xoay chiều đặt lên điện môi Nếu nhiệt độ có trị số cao cho thời gian phân cực chậm phân tử lớn thời gian nửa chu kỳ biến đổi điện áp xoay chiểu cách đáng kể, chuyển động nhiệt phân tử yếu tổn hao điện môi giảm Nếu nhiệt độ có trị số cao cho thời gian phân cực lưỡng cực nhỏ thời gian nửa chu kỳ biến đổi điện áp xoay chiều cách đáng kể cường độ chuyển động nhiệt lớn, mối liên kết phân tử giảm, tổn hao điện môi giảm Tổn hao điện môi chất xécnhét liên quan tới tượng phân cực ngẫu nhiên (phân cực tự phát) Do tổn hao điện môi xécnhét có trị số đáng kể nhiệt độ thấp điểm Quyri Tổn hao điện môi dạng tăng theo tần số điện áp đặt lên điện môi Ở nhiệt độ cao điểm Quyri, tổn thất lượng điện môi xécnhét giảm xuống Sự hoá già điện theo thời gian điện môi xécnhét làm giảm tổn hao điện môi Trong loại điện môi có tổn hao phân cực cần phải kể đến tượng gọi tổn hao cộng hưởng biểu tần số ánh sáng Dạng tổn hao thấy rõ số chất khí tần số xác định có hấp thụ lượng điện trường Tổn hao cộng hưởng xảy chất rắn tần số dao động cưỡng điện trường gây nên trùng với tần số dao động riêng hạt chất rắn Sự tồn điểm cực đại quan hệ tan� với tần số đặc trưng cho chế cộng hưởng, trường hợp nhiệt độ không ảnh hưởng đến vị trí điểm cực đại 2.3 Tổn hao điện môi ion hóa Tổn hao điện môi ion hoá xảy điệm môi trạng thái khí Dạng tổn hao xuất điện trường không đồng cường độ điện trường cao trị số bắt đầu ion hoá loại khí Ví dụ: không khí xung quanh dây dẫn đường dây tải điện không điện áp cao, đầu cực thiết bị cao áp, bọt khí điện môi rắn lỏng chịu đện áp cao, Tổn hao ion hoá tính theo công thức sau: Pi = A.f.(U - Uo)3 Trong đó: A - số f - tần số điện trường U - điện áp đặt vào Uo - điện áp tương ứng với điểm bắt đầu ion hoá Trị số điện áp ion hoá Uo chất khí khác khác Trị số phụ thuộc vào áp suất chất khí áp suất tăng trị số điện áp bắt đầu ion hoá tăng Quá trình ion hoá phân tử khí tiếp thu lượng điện trường làm cho nhiệt độ điện môi khí tăng lên sinh tổn hao ion hoá Khi bị ion hoá chất khí có thêm nhiều điện tích điện tử tự làm cho điện dẫn chất khí tăng lên, chúng góp phần tạo nên tổn hao Một điều đáng ý quan tâm không khí có chứa ôxy (O 2) Khi bị ion hoá O2 biến thành O3 (ôzôn), kết hợp với nitơ nước thành axit nitric (HNO 3) Nếu trình ion hoá liên tục nồng độ axit HNO3 tăng lên gây nên ăn mòn hoá học vật liệu làm cho thời gian phục vụ vật liệu giảm 7 2.4 Tổn hao điện môi cấu tạo không đồng Loại tổn hao có nhiều ý nghĩa thực tế, vật liệu cách điện cac thiết bị điện thường có cấu trúc không đồng Do tính chất đa dạng cấu trúc thành phần vật liệu cách điện, nên có công thức chung để tính toán tổn hao điện môi Trong trường hợp đơn giản hình dung điện môi không đồng dạng lớp nối tiếp Trị số điện dung tương đương C1 C2 phụ thuộc vào số điện môi lớp kích thước hình học chúng Điện trở R R2 xác định điện trở suất kích thước hình học điện môi lớp a) Sơ đồ điện môi mắc nối tiếp b) Sơ đồ đẳng trị thay điện môi Phân tích sơ đồ (b) đại lượng tan� xác định công thức: tan� = Trong đó: m = R1 + R2 n=+ M = C1 + C N= + Trong trường hợp R 1, R2, C1 C2 không phụ thuộc vào tần số, tổn hao điện dẫn gây nên, sau lấy đạo hàm tan� cho để giải, ta biểu thức mà từ thấy rõ ràng tan� có cực tiểu cực đại quan hệ tan� vào tần số Giá trị cực đại tan� quan sát thấy tần số Cực tiểu tần số : Trong đó: ∆ = (Mn - 3Nm)2 - 4MNmn Trị số tan� điện môi nhiều lớp lớp mắc nối tiếp tính công thức: tan� = Trong đó: tan – hệ số tổn hao điện môi lớp tương ứng với tần số cho Hằng số điện môi 3.1 Khái niệm Hằng số điện môi hay gọi độ điện thẩm tương đối, đại lượng phức Kí hiệu: Trong đó:  : phần thực đại lượng phản ánh tổn hao, tính sau: với độ điện thẩm môi trường; độ điện thẩm chân không  : phần ảo tính bằng: Với: điện dẫn suất tích cực điện môi điện áp xoay chiều: = ω ε.tanδ [simen/m] f tần số [Hz] 3.2 Đặc điểm Đặc trưng cho chất lượng điện môi cho tính chất điện môi trường đại lượng đơn vị Phụ thuộc vào:  Nhiệt độ  Áp suất  Độ ẩm  Tính chất điện môi  Cấu trúc tinh thể vật liệu  Cấu trúc điện tử nguyên tử  Cường độ điện trường điện môi… Không phụ thuộc vào:   Điện trường Độ lớn khoảng cách điện tích 3.3 Hằng số điện môi chất khí Các chất khí có mật độ phân tử nhỏ nên phân cực chất khí không đáng kể số điện môi gần Từ phương trình Claudiut-Môxôpchi: suy công thức sau: ε = 1+ = 1+ Trong đó: N = : mật độ phân tử P: áp suất (atm) T: nhiệt độ môi trường(oK) α: hệ số phân cực K = 1,38.10-23 (J/oK) số Boltzmann 3.4 Hằng số điện môi chất lỏng Điện môi lỏng trung tính: số ε vào khoảng 2-2.5, phụ thuộc vào nhiệt độ mà không phụ thuộc vào áp suất tần số Điện môi lỏng cực tính: thường dùng phương trình Claudiut-Môxôpchi để xác định 3.5 Hằng số điện môi chất rắn Điện môi rắn đa dạng cấu trúc thành phần nên số điện môi có giá trị lớn nằm dải rộng Gồm: điện môi rắn trung hòa, điện môi rắn có kết cấu tinh thể ion, điện môi rắn hữu cực tính, điện môi rằn có cấu tạo không đồng nhất, điện môi xenhit…Trong đó, điện môi rắn trung hòa có ε nhỏ Hằng số điện môi số chất: CHẤT HẰNG SỐ ĐIỆN MÔI Sứ 5,5 Dầu thầu dầu 4,5 Dầu máy biến áp 2,2 Cao su 2,3 Dầu hỏa 2,1 Không khí 1,00085 3.6 Quan hệ số điện môi yếu tố khác 3.6.1 Tần số Điện môi không cực: điện môi không cực có trọng tâm điện tích dương trùng với trọng tâm điện tích âm.Các điện tích hoàn toàn triệt tiêu điện tích không chịu tác động tần số 10 = const f (Hz) Điện môi có cực: • • Ở vùng tần số f < f0 : ε không phụ thuộc vào tần số ( phần tử lưỡng cực kịp xoay theo hướng điện trường) Ở vùng tần số f > f0 : ε giảm( phần tử lưỡng cực có quán tính, chúng không kịp xoay theo hướng điện trường fo = đó: T: nhiệt độ(0K) η : độ nhớt động r : bán kính nguyên tử K = 1,38.10-23 (J/0K) số Boltzmann fo 3.6.2 f (Hz) Nhiệt độ Hằng số điện môi tính công thức: ε = 1+ Điện môi không cực: nhiệt độ tăng có dãn nở nhiệt làm cho khoảng cách phần tử tăng dẫn đến số phần tử đơn vị tích giảm => ε giảm thể T Điện môi có cực: nhiệt độ tăng có dãn nở nhiệt nên lực liên kết phần tử giảm nên xoay hướng chúng dễ dàng => ε tăng giá trị nhiệt độ Tk đạt cực đại Nếu nhiệt độ tiếp tục tăng thêm ε giảm xuống nhiệt độ cao phần tử lưỡng cực chuyển động nhiệt tăng lên cản trở xoay hướng chúng 3.6.3 đến T TK Áp suất Hằng số điện môi tính công thức: ε = + A.p (A: số, p: áp suất) Điện môi không cực: theo định luật Clausisius-Mosotti: áp suất tăng dẫn đến mật độ phân tử tăng nên ε tăng theo P 11 Điện môi có cực: áp suất tăng có nhiều phần tử lưỡng cực xoay theo hướng điện trường làm cho ε tăng đạt giá trị cực đại giá trị pk Nếu áp suất tiếp tục tăng làm ε giảm mật độ phân tử cao, làm cản trở xoay chuyển phân tử P PK 3.6.4 Độ ẩm Khi độ ẩm tăng lên ε tăng nhanh Khi làm giảm tính chất khác điện môi như: điện trở suất giảm, tổn hao điện môi tăng lên 3.6.5 Điện áp Theo lý thuyết số điện môi không phụ thuộc vào điện áp Tuy nhiên, thực tế người ta đo số điện môi điện áp cao có giá trị nhỏ đo điện áp thấp Quan hệ tan� yếu tố khác 4.1 Quan hệ tan� nhiệt độ (1) Điện môi trung tính có cực tính yếu (2) Điện môi cực tính mạnh, điện dẫn nhỏ (3) Điện môi cực tính mạnh, điện dẫn cao Đối với điện môi trung tính cực tính yếu, tổn thất điện môi chủ yếu dòng điện rò gây nên Đối với điện môi cực tính mạnh có điện dẫn nhỏ, tổn thất điện môi chủ yếu dòng phân cực gây nên Ở miền tần số thấp, phân tử lưỡng cực định hướng hoàn toàn, miền tần số cao phân tử lưỡng cực không kịp định hướng theo hướng điện trường tổn thất điện môi giảm Đối với điện môi cực tính mạnh có điện dẫn cao, vùng tần số thấp tổn thất điện môi chủ yếu dòng rò gây nên, vùng tần số cao lại chủ yếu dòng phân cực, tần số cao 12 phân tử không kịp định hướng nên tan� giảm 4.2 Quan hệ tan� tần số điện trường (1) Điện môi trung tính có cực tính yếu (2) Điện môi cực tính mạnh, điện dẫn nhỏ (3) Điện môi cực tính mạnh, điện dẫn cao Đối với điện môi trung tính cực tính yếu, tổn thất điện môi chủ yếu dòng điện rò gây nên Đối với điện môi cực tính mạnh có điện dẫn nhỏ, tổn thất điện môi chủ yếu dòng phân cực gây nên Đối với điện môi cực tính mạnh có điện dẫn lớn, vùng tần số thấp tổn thất điện môi chủ yếu dòng rò gây nên, vùng tần số cao lại chủ yếu dòng phân cực Khi tần số cao phân tử không kịp định hướng nên giảm 4.3 Quan hệ tan� độ ẩm không khí Khi điện môi đặt môi trường có độ ẩm φ%, sau thời gian điện môi bị ngấm ẩm, hấp phụ lớp nước bề mặt, điều làm tăng điện dẫn khối điện dẫn mặt vật liệu làm tổn thất điện môi tăng φ% tăng Để hạn chế hấp thụ hấp thụ nước vào vật liệu cách điện, công nghệ chế tạo thiết bị điện thường dùng biện pháp sấy tẩm loại vật liệu chống ẩm tg 13 B A Umin U 4.4 Quan hệ tan� điện áp Tại điểm A: Hình thành phóng điện hay vầng quang Tại điểm B: Hình thành vật chất hay phá hủy cách điện Điện môi cách điện tốt Umin cao Ở vùng điện áp thấp (U < UA) tổn thất điện môi gần phụ thuộc vào điện áp Điện áp tăng cao (UA < U < UB) trình ion hóa diễn mạnh làm tổn thất điện môi tăng nhanh Khi điện áp cao (U > UB) điện dẫn chất khí tăng cao làm cho sụt áp giảm đi, tổn thất điện môi lại giảm Các phương pháp đo tổn hao điện môi Đo hệ số tổn hao để đánh giá tình trạng (vận hành) thiết bị điện Sử dụng rộng rãi kỹ sư bảo trì thí nghiệm để đánh giá nguyên vẹn hệ thống cách điện 5.1 Cầu đo Schering Là loại cầu xoay chiều dùng để đo điện dung đo tổn hao điện môi cách điện thiết bị điện cao áp tụ cao áp  tụ điện điện trở cần đo  tụ điện tiêu chuẩn  tụ điện biến thiên  điện trở  biến trở Ở điều kiện cân bằng: Z1.Z4 = Z2.Z3 Thay giá trị Z1, Z2, Z3, Z4: 14 Cân phần thực phần ảo: ; Từ giản đồ vectơ ta tính hệ số tổn hao tan� 5.2 Cầu đo Wagner Do cầu Schering có nhược điểm nhạy cảm với nhiễu điện dung tản với đất, nên người ta sử dụng cầu Wagner để khắc phục Tổn hao điện môi chất khí Do hai nguyên nhân ion hóa chất khí điện dẫn 6.1 Ion hóa chất khí P=Ai.f.(U-Uo)3 Trong đó: A số chất khí 15 f tần số điện áp đặt vào điện áp chọc thủng (điện áp gây ion hóa chất khí) Trị số phụ thuộc vào loại chất khí, nhiệt độ, áp suất làm việc Ngoài phụ thuộc vào mức độ đồng điện trường Cùng giá trị điện áp đặt vào điện trường khó gây ion hóa so với điện trường không 6.2 Điện dẫn Tanδ= Trong đó: ε số điện môi ρ điện trở suất khối điện môi Tổn hao điện môi chất khí cường độ điện trường nhỏ nhỏ (điện môi xem điện môi lý tưởng) Nguồn tổn hao điện môi điện dẫn chủ yếu xoay chuyển lưỡng cực phân cực không gây tổn hao lượng xét lưới điện cao ion hóa chất khí chủ yếu Tất chất khí có điện dẫn thấp Ở điện áp cao trường không đồng nhất, cường độ điện trường vị trí khác đạt giá trị giới hạn, phân tử bị ion hóa Vậy chất khí xuất tổn hao ion hóa Ion hóa chất khí hình thành ozon khí NO2 để phá hủy điện môi hữu Trên đường dây tải điện cao thế, tổn thất ion hóa không khí bề mặt dây dẫn (hiện tượng vầng quang) làm giảm hiệu suất truyền tải Hiện tượng vầng quang dạng phóng điện cục xuất quầng sáng xanh mờ, bao quanh dây dẫn, đặc biệt đêm nghe âm tiếng rít xảy vầng quang Hiện tượng vầng quang xảy kèm theo: - Vầng quang xảy hình thành khí ozon oxit NO Hai chất khí phản ứng với ẩm không khí tạo nên axit gây ăn mòn kim loại - Gây hư hỏng cách điện ứng dụng cao áp thiết bị điện - Gây cặn muội than mà điều gây nên hồ quang điện - Gây nhiễu đến truyền phát radio Để giảm hao tổn vầng quang cần giảm cường độ điện trường, tăng tiết diện dây dẫn phân dây pha thành dây nhỏ nối với tạo đường kính lớn Bên cạnh tác hại tượng vầng quang cho ta biết đường dây truyến tải điện có diện bụi bẩn, tạp chất để người vận hành biết tiến hành vệ sinh đường dây 16 Tổn hao điện môi chất lỏng Trong chất lỏng tổn hao điện môi dòng điện dẫn Nếu chất lỏng không chứa tạp chất phân tử lưỡng cực Do diện dẫn chất lỏng trung tính bé, nên tổn hao điện môi có trị số bé Chất lỏng có cực tùy theo điều kiện nhiệt độ tần số tổn hao dòng điện dẫn có tổn hao phân cực lưỡng cực gây nên Nếu điện môi cực tính mạnh tổn hao lớn, tổn hao phụ thuộc nhiều vào tần số nhiệt độ Điện môi lỏng thường sử dụng kỹ thuật điện môi hợp chất hai điên môi có cực không cực Vì dụ: dầu nhựa thông, dầu thầu dầu, dầu xô vôn,… Ở chất lỏng có cực, tổn hao điện môi phụ thuộc vào độ nhớt Điện dẫn suất chất lỏng loại thường khoảng 10-10 ÷ 10-11 Simen/m Tổn hao điện môi chất lỏng có cực lớn nhiều tổn hao điện dẫn Loại tổn hao gọi tổn hao lưỡng cực tích thoát Các phân tử lưỡng cực có thay đổi điện trường, chúng quay môi trường có độ nhớt, dẫn đến tổn hao lượng tổn hao ma sát gây tỏa nhiệt Nếu độ nhớt điện môi đủ lớn phân tử không kịp định hướng theo điện trường tổn hao lưỡng cực thực tế biến mất, tổn hao điện môi trường nhỏ Nếu độ nhớt nhỏ định hướng theo điện trường xảy ma sát tổn hao trường nhỏ Ở độ nhớt trung bình tổn hao lưỡng cực đáng kể độ nhớt có giá trị cực đại Khi tăng tần số tanδ max dịch chuyển có nhiệt độ cao Tần số cao cần thời gian tích thoát nhỏ cần thiết để tanδ max để giảm thời gian tích thoát cần phải giảm độ nhớt, hay cần tăng nhiệt độ Giá trị cực tiểu tương ứng với độ nhớt nhỏ định hướng ma sát, tổn hao trường hợp nhỏ Khi nhiệt độ tiếp tục tăng lên tanδ tăng, điều giải thích tăng điện dẫn suất chất lỏng Tổn hao công suất P phân cực lưỡng cực tích thoát điện môi tăng theo tần số phân cực kịp định hướng theo điện trường Khi tần số đủ lớn phân tử lưỡng cực không kịp định hướng, chúng trở nên bất động tanδ lại giảm xuống tổn hao quay lại giống tổn hao chiều Tổn hao lưỡng cực tích thoát điện môi lỏng có độ nhớt thấp tần số thấp không đáng kể chúng nhỏ tổn hao dòng điện rò độ nhớt có trị số bé Do đó, chất lỏng cực tính sử dụng trường tần số cao Tổn hao điện môi chất rắn Điện môi rắn có nhiều loại, đa dạng cấu trúc thành phần, điện môi rắn có tất loại tổn hao điện môi Để thuận tiện cho việc nghiên cứu tổn hao điện môi vật rắn, chia chúng làm nhóm sau:  Tổn hao điện môi có cấu tạo phân tử  Tổn hao điện môi có cấu tạo ion 17  Tổn hao điện môi điện môi xecnhet  Tổn hao điện môi có cấu tạo không đồng 8.1 Tổn hao điện môi có cấu tạo phân tử Tổn hao điện môi điện môi có cấu tạo phân tử phụ thuộc vào loại phân tử Nếu điện môi có phân tử trung tính tạp chất tổn hao điện môi nhỏ không đáng kể Tổn hao điện môi vật liệu dòng điện rò gây nên; chúng dùng làm cách điện tần số thấp cao Trong loại điện môi có: lưu huỳnh, parafin, polietilen, politetrafloetilen; teflon-4, polistirol chất khác Các điện môi có cấu tạo phân tử cực tính chủ yếu chất hữu sử dụng rộng rãi kỹ thuật Loại bao gồm vật liệu dựa sở xenlulo giấy, bìa cactong chất khác, thủy tinh hữu cơ, poliamit, poliuretan, cao su, ebonit, bakelit loại vật liệu khác Tất chất có tổn hao lớn phân cực lưỡng cực tần số vô tuyến Cho nên chúng không dùng tần số cao Tổn hao điện môi điện môi phân tử cực tính có liên quan tới tần số nhiệt độ Ở vài trị số nhiệt độ tổn hao điện môi có trị số cực đại cực tiểu, sau tăng lên nhiều nhiệt độ cao 8.2 Tổn hao điện môi có cấu tạo ion Trong chất có cấu tạo tinh thể ion chặt chẽ tạp chất tổn hao điện môi có trị số nhỏ Ở nhiệt độ tăng cao chất xuất tổn thất điện dẫn Loại bao gồm nhiều hợp chất tinh thể vô có ý nghĩa lớn sản xuất gốm kỹ thuật điện nay, ví dụ corunđum( bột đá mài) nằm thành phần sứ cao tần Các tinh thể muối mỏ tinh khiết có tổn hao không đáng kể, song cần lượng tạp chất nhỏ biến dạng mạng lưới tinh thể làm cho tổn hao điện môi tăng lên nhiều Các điện môi có cấu tạo tinh thể ion ràng buộc không chặt chẽ bao gồm loại chất tinh khiết, đặc trưng hai loại phân cực chậm làm tăng tổn thất điện môi Trong chất có mulit thành phần sứ cách điện, oxit nhôm khoáng xilicon nằm thành phần gốm chịu lửa chất khác nhau: gốm, sứ, thủy tinh… Đa số loại gốm điện lượng ion tham gia vào phân cực chậm không ngừng tăng lên theo nhiệt độ Do tan tăng lên giá trị cực đại nhiệt độ tăng Tổn hao điện môi chất không kết tinh có cấu tạo ion thủy tinh cô liên quan tới tượng phân cực tồn dòng điện dẫn 18 Khi nghiên cứu chế tổn hao điện môi thủy tinh cần phân biệt:   Tổn hao điện môi phụ thuộc vào nhiệt độ tăng tỷ lệ thuận theo độ tăng tần số (tankhông phụ thuộc vào tần số) Tổn hao tăng rõ rệt theo nhiệt độ, theo quy luật hàm số mũ phụ thuộc vào tần số (tan giảm tần số tăng) Công nghệ gia công nung gây ảnh hưởng rõ rệt đến góc tổn hao điện môi thủy tinh cấu tạo bị biến đổi Nếu thủy tinh có dòng điện rò lớn độ tăng góc tổn hao điện môi thấy nhiệt độ thấp Trên hình 3-12 cho thấy biến thiên góc tổn hao điện môi theo nhiệt độ thủy tinh có thành phần điện dẫn khác Yếu tố chủ yếu xác định tổn hao điện môi thủy tinh vô phụ thuộc vào cách kết hợp oxit chứa thủy tinh, cách kết hợp ảnh hưởng đến cấu tạo thủy tinh Sự tồn oxit kiềm (Na2O, K2O) thủy tinh oxit kim loại nặng (BaO, PbO) làm tăng đáng kể tổn hao điện môi thủy tinh Đưa oxit nặng vào làm giảm tg thủy tinh kiềm 8.3 Tổn hao điện môi điện môi xecnhet Tổn hao xecnhet cao so với điện môi khác có tượng phân cực tự phát Sự phân cực có đặc điểm phụ thuộc vào nhiệt độ có điểm cực đại nhiệt độ xác định (điểm Quyri) Ở nhiệt độ cao điểm Quyri, thuộc tính điện môi xecnhet phân cực tự phát Tổn hao điện môi điện môi xecnhet biến đổi theo nhiệt độ vùng phân cực tự phát giảm đột ngột sau điểm Quyri Trên hình 3-13 cho thấy biến thiên góc tổn hao điện môi hắng số điện môi theo nhiệt độ hai điện môi gốm xecnhet có thành phần khác điểm Quyri khác Hình 3-13 Quan hệ số điện môi góc với nhiệt độ điện môi xecnhet 1,2-Metatitanat bari BaO.TiO2 có chất phụ thêm khác 19 8.4 Tổn hao điện môi chất rắn có cấu tạo không đồng Thường cao so với tổn hao điện môi thành phần Điện môi không đồng bao gồm vật liệu mà thành phần chứa không hai chất Ví dụ gốm, sứ, thủy tinh hay tổ hợp cách điện khác có chứa bọt khí bên Ở điện áp cao bọt khí sinh tổn hao điện môi ion hóa làm ảnh hưởng tới tổn hao điện môi điện môi xét Tổn hao điện môi gốm tăng lên trình chế tạo vật liệu có tạp chất lẫn bán dẫn với tính dẫn điện điện tử Tổn hao gốm tăng lên hút ẩm có lỗ xốp hở Mica vật liệu có cấu tạo nhiều lớp Các lớp bán dẫn mica làm tăng tg điện áp xoay chiều tần số thấp Giấy tẩm thuộc loại điện môi có cấu tạo không đồng Loại giấy sợi xenlulo chứa chất tẩm với thành phần khác Tổn hao điện môi giấy tẩm xác định thuộc tính điện hai yếu tố quan hệ lượng chúng Hình 3-14 cho thấy biến thiên tg theo nhiệt độ giấy tẩm hỗn hợp dầu nhựa thông Đường cong có hai điểm cực đại: điểm thứ nhất( nhiệt độ thấp) đặc trưng cho tổn hao điện môi thân giấy(xenlulo); điểm thứ hai( nhiệt độ cao hơn) tổn hao phân cực lưỡng cực chậm hỗn hợp chất tẩm Hình 3-14 Quan hệ tg theo nhiệt độ giấy tụ điện tẩm 80 nhựa thông 20 dầu biến Trong kỹ thuật điện người ta sử dụng nhiều vật liệu không đồng khác: chất dẻo, chất độn, micanit, lớp cách điện khác cáp điện thiết bị điện… Tổ hợp cách điện phức tạp đa dạng, nên tính tổn hao điện môi cần phải xem xét cách điện cụ thể  ... loại tổn hao điện môi Để thuận tiện cho việc nghiên cứu tổn hao điện môi vật rắn, chia chúng làm nhóm sau:  Tổn hao điện môi có cấu tạo phân tử  Tổn hao điện môi có cấu tạo ion 17  Tổn hao điện. .. điện môi điện môi xecnhet  Tổn hao điện môi có cấu tạo không đồng 8.1 Tổn hao điện môi có cấu tạo phân tử Tổn hao điện môi điện môi có cấu tạo phân tử phụ thuộc vào loại phân tử Nếu điện môi. .. quát tổn hao điện môi 1.1 Khái niệm tổn hao điện môi Khi điện trường tác động lên điện môi, điện môi xảy trình dịch chuyển điện tích tự điện tích ràng buộc điện trường xuất dòng điện dẫn dòng điện