Диэлектрические потери в стекле вызываются поляризацией диэлектрика и наличием в нем электропроводности. В силу этого диэлектрические потери зависят от состава стекла, его структуры и температуры окружающего воздуха. Наиболее низкие потери свойственны кварцевому стеклу (tg δ при 20 °C равен 0,0002). Все остальные стекла имеют более высокие значения tg δ. Особенно сказывается на увеличение диэлектрических потерь введение в состав стекла щелочных окислов, подвижность ионов которых определяет уровень потерь. А так как подвижность ионов в свою очередь зависит от величины их зарядов, то литиевые стекла обладают значительно более высоким tg δ, чем натриевые и тем более чем калиевые стекла (рис. 1-8). Наличие в составе стекла окислов тяжелых металлов, таких как ВаО; СаО; РbО; значительно снижает величину tg δ.
Увеличение степени миграции щелочных ионов с повышением температуры вызывает соответствующее увеличение потерь в щелочных стеклах. У таких стекол tg δ при изменении температуры от 20 до 80 °C увеличивается в 5—7 раз.
Из рис. 1-9 видно, что диэлектрические потери в подвесных изоляторах, изготовленных из щелочного стекла, при повышении температуры растут значительно быстрее, чем потери в фарфоровых изоляторах и изоляторах из стекла пирекс.
Таблица 14.
При эксплуатации изоляторов в центральной и северных частях СССР можно не опасаться увеличения диэлектрических потерь в стекле до критических значений. В то же время возможность возникновения теплового пробоя стеклянных изоляторов при длительной эксплуатации их в районах с рабочей температурой выше 50 °C необходимо учитывать при выборе марки стекла, из которого должны изготавливаться изоляторы для этих условий эксплуатации.
Упорядочение структуры стекла, т. е. отжиг, сопровождается снижением уровня потерь, и, наоборот, закаленному стеклу с менее упорядоченной структурой соответствуют более высокие диэлектрические потери.
В табл. 1-4 приведены зависимость угла диэлектрических потерь стекол от способа их термической обработки (данные Пасынкова, Богородицкого, Тареева).
Таким образом, можно предположить, что при эксплуатации отожженных стеклянных изоляторов тепловой пробой менее вероятен, чем при эксплуатации закаленных изоляторов.
Величина tg δ изоляторов из щелочного стекла в отличие от фарфоровых резко возрастает с ростом напряжения (рис. 1-10). Диэлектрические потери большинства стекол растут также с увеличением частоты. Например, при номинальной температуре tg δ силикатного тугоплавкого стекла при 1 МГц равен 0,0036, а при 3 000 МГц 0,0065, для свинцового стекла при тех же частотах — соответственно 0,0009 и 0,0044. Только tg δ кварцевого стекла не меняется с частотой, составляя около 0,0002 как при 1 МГц, так и при 3 000 МГц [Л. 37].
Рис. 1-10. Диэлектрические потери подвесных изоляторов в зависимости от напряжения.
1 — изолятор из закаленного стекла: 2 — фарфоровый изолятор.
Диэлектрическая проницаемость стекла.
Диэлектрическая проницаемость стекла как диэлектрика, из которого изготавливаются высоковольтные изоляторы, в первую очередь подвесные, должна быть как можно большей, с тем чтобы увеличить емкость каждого изолятора и обеспечить более равномерное распределение напряжения вдоль гирлянды.
Для всех стекол, используемых в технике, величина ε лежит в пределах от 4 до 16. Для стекол, применяемых при производстве изоляторов, этот диапазон сужается и составляет при нормальной температуре 6—8. Резким увеличением (до 25%) в составе стекла щелочных окислов, особенно NasO, можно добиться увеличения ε до 9—10. Таким же образом влияет на увеличение ε введение в состав стекла окислов тяжелых металлов РbО и ВаО, ионы которых имеют высокую поляризуемость и активно участвуют в диэлектрическом смещении. Стекло с содержанием 80% РbО имеет ε=16,2. Диэлектрическая проницаемость всех стекол возрастает с повышением температуры (рис. 1-11). Так как ТК е стекол в интервале температур 20—100°C колеблется от +30 Х10-6 до +500 · 10-6 °C-1, то практического значения для улучшения работы стеклянных изоляторов при повышении температуры это свойство не имеет.
