Основные причины диэлектрических потерь:
- релаксационная поляризация
- ударная ионизация
- сквозная электропроводность
Потери, обусловленные, релаксационной поляризацией имеют место в полярных диэлектриках, в диэлектриках с ионной структурой, с неплотной упаковкой. Объясним зависимость tg d от Т и f для жидких диэлектриков (рисунок 4.12).
Рисунок 4.12 – График зависимости тангенса угла диэлектрических потерь полярного диэлектрика политрифторхлорэтилен от частоты при различных температурах.
При невысокой температуре жидкость очень вязкая, молекулы (диполи) не успевают следовать за изменением электрического поля, дипольно-релаксационная поляризация отсутствует и tg d маленький. С увеличением температуры количество диполей, участвующих в поляризации, растет, расходуется дополнительная энергия на их поляризацию, поэтому tg d увеличивается, достигает максимума и начинает уменьшаться, потому что дальнейшее увеличение температуры настолько усиливает хаотическое тепловое движение диполей, что затрудняет их поворот в электрическом поле. Достигнув минимального значения tg d снова увеличивается, так как уже начинает сказываться влияние IСК, который увеличивается с увеличением температуры.
Рисунок 4.13 – График зависимости тангенса угла диэлектрических потерь конденсаторной бумаги от температуры.
Зависимость tg d от f объясняется так. При малых f число поворотов диполей за единицу времени невелико, значит, невелика и рассеиваемая мощность. Частота увеличивается, увеличивается число поворотов, значит, увеличивается и рассеиваемая мощность и tg d. При достаточно высокой f tg d начинает уменьшаться, так как диполи не успевают следовать за изменением электрического поля.
С увеличением температуры максимум зависимости tg d от f смещается в область высоких частот, так как с увеличением температуры вязкость и время релаксации уменьшается.
Потери, вызванные ударной ионизацией свойственны пористым и слоистым диэлектрикам с газовыми включениями и газам.
В газах при повышении U > UПР, называемом порогом ионизации, в газовых включениях в диэлектрике возникает процесс ударной ионизации, т.е. расщепление атомов или молекул газа на ионы и электроны. Увеличивается рассеяние энергии электрического поля и tg d увеличивается достигая максимума.
При напряжении UК газ уже полностью ионизирован, процесс ионизации заканчивается, энергия больше не расходуется на ионизацию, и
tg d уменьшается. Ионизация газовых включений особенно опасна для неорганического диэлектрика с закрытыми порами, так как может вызвать местный перегрев изделия и его разрушение. Для этого такие диэлектрики пропитывают маслами, лаками, компаундами (например конденсаторная бумага) (рисунок 4.14).
Рисунок 4.14 – График зависимости тангенса угла диэлектрических потерь пористого диэлектрика от напряжения.
Потери, обусловленные сквозной электропроводностью
Это характерно для любого диэлектрика, как при постоянном, так и переменном напряжениях. С увеличением температуры эти потери увеличиваются по экспоненциальному закону:
P(t) = P0 ∙ ekt, (4.15)
где P0 при 0 
С; K – температурный коэффициент потерь.
Так как диэлектрики обладают высоким удельным сопротивление (108 – 1018 Ом), то потери на электропроводность ничтожно малы. Но при t > 100 С эти потери уже будут существенны.
Удельные потери - это диэлектрические потери на единицу объема
P ∕ V = 2 ∙ π ∙ f ∙ ε ∙ ε0 ∙ U2 ∙ tg δ (4.16)
Пробой диэлектриков
Основные понятия пробоя диэлектрика
Пробой диэлектрика это явление, приводящее к потере диэлектриком его электроизоляционных свойств с образованием канала высокой проводимости.
Напряжение, при котором происходит пробой диэлектрика, называется пробивным напряжением UПР. Отношение UПР к толщине диэлектрика характеризует электрическую прочность диэлектрика, т.е. это минимальная напряжённость электрического поля, соответствующая моменту пробоя:
EПР = UПР ∕ h, (4.17)
где h – толщина диэлектрика (для твердых диэлектриков) или расстояние между электродами (для жидких и газообразных диэлектриков).
