Dielektrické ztráty v dielektriku

Každý ví, že dielektrikum je materiál, který zabraňuje průchodu elektrického proudu. Takových materiálů a látek je obrovské množství. Kromě podstatných vlastností mají i řadu dalších doplňkových. Tato vlastnost zahrnuje dielektrickou ztrátu - energii, která se rozptýlí v materiálu pod vlivem elektrických polí. Tato energie ohřívá materiál, což má za následek tepelnou degradaci a další nepříznivé účinky. Dále se budeme zabývat tím, co jsou dielektrické ztráty v dielektrikách, jak vznikají a jak se měří.

Metoda výpočtu

Dielektrické ztráty vyžadují měření pomocí poměrně složitého systému vykreslování. Tento systém se skládá z několika fází. Nejprve je nutné vypočítat výkon, který dielektrikum má a co se v něm rozptýlí střídavým napětím. Je určeno vzorcem:

Pa = U * Ia

Níže uvedený obrázek ukazuje schémata sériového (a) a paralelního (b) zapojení kondenzátoru a aktivního odporu a také vektorové diagramy proudů v nich.

Je tedy možné určit aktivní proud, jehož výpočetní vzorec bude následující:

Druhá hodnota je tangens vektorového úhlu celkové hodnoty proudu k jeho kapacitě. Tento úhel se také nazývá úhel dielektrické ztráty. Ic je kapacita dielektrika.

Vyvozením závěrů ze získaných údajů se získá podrobnější vzorec pro výpočet výkonu:

V tomto případě se proud vypočítá podle vzorce: úhlová frekvence * kapacita. Na základě poskytnutých vzorců můžete vypočítat výkon takto:

Na základě tohoto vzorce lze vidět, na jakých faktorech závisí kvalita a spolehlivost takového zařízení, jako je dielektrikum. Pokud se podíváte na graf, můžete vidět, že vlastnosti rostou s klesajícím úhlem.

Typy ztrát

V plynech

V plynných látkách je elektrická vodivost nízká a v důsledku toho budou dielektrické ztráty také zanedbatelné. Když jsou molekuly plynu polarizovány, nic se neděje. V tomto případě se aplikuje tzv. ionizační křivka.

Tato podřízenost naznačuje, že s rostoucím napětím se bude zvětšovat i úhel. To znamená, že v izolaci je obsažen plyn. V případě vysoké ionizace bude ztráta plynu významná a v důsledku toho - zahřátí a zničení izolace.

Proto je při výrobě izolace velmi důležité vzít v úvahu skutečnost, že by neměly být žádné plynové inkluze. K tomu se používá speciální zpracování. Jeho podstata je následující: izolace se suší ve vakuu. Poté se póry vyplní hmotou, která je pod tlakem, a následně dojde k záběhu.

V důsledku ionizace se objevují oxidy dusíku a ozónu, které ničí izolaci. V okamžicích, kdy dochází k ionizačnímu efektu v oblasti nerovnoměrných polí, to vede ke snížení účinnosti při přenosu.

V pevných látkách

Pevné dielektrikum má určité vlastnosti, jako je složení, struktura a polarizace, které vedou k dielektrickým ztrátám. Chybí například v síře, parafínu nebo polystyrenu, proto jsou tyto látky široce používány jako vysokofrekvenční dielektrikum.

Křemen, sůl a slída mají průchozí elektrickou vodivost, takže se vyznačují nevýznamným množstvím těchto ztrát.

Dielektrické ztráty nezávisí na frekvenci (a) a budou klesat spolu s frekvencí pole podle hyperbolického zákona. Ale s teplotou závisí přímo na exponenciálním zákonu (b).

Krystalické dielektrikum, jako je keramika nebo mramor, vykazuje tuto charakteristickou hodnotu. To je způsobeno tím, že obsahují polovodičové nečistoty. Takový materiál má výraznou vlastnost: dielektrické ztráty přímo souvisejí s prostředím a jeho podmínkami. Proto se v závislosti na změně faktorů, které obklopují dielektrikum, může změnit hodnota jednoho materiálu.

V kapalinách

V tomto případě ztráty přímo souvisí se složením materiálu. Pokud v kapalinách nejsou žádné nečistoty, bude neutrální a ztráty budou mít tendenci k nule, protože elektrická vodivost je nízká.

Pro určité technické účely se používají kapaliny s polaritou nebo s přítomností nečistot, protože budou mít mnohem vyšší dielektrické ztráty. To je způsobeno skutečností, že takové kapaliny mají své vlastní speciální vlastnosti, například viskozitu. A protože jsou založeny dipólovou polarizací, nazývají se tyto kapaliny dipóly. S rostoucí viskozitou rostou dielektrické ztráty.

Kapaliny mají navíc určitou teplotní závislost ztrát. Když se teplotní režim zvýší, tečna úhlu se také zvýší na maximální hodnotu. Poté klesne na minimum a opět stoupá. Je to dáno tím, že se vlivem teploty mění elektrická vodivost.

Přehled měřicích přístrojů

Pro měření ztrát existují speciální přístroje. Mezi ně patří zařízení "IPI - 10", zařízení od firmy Tettex, s jehož pomocí se studuje dielektrika pevných a kapalných látek. K určení tečny úhlu v kapalných dielektrikách se používá automatizovaná instalace nazvaná "Tangent - 3M" (obrázek níže). Použijte také měřidlo "Ш2 - 12ТМ".

Nakonec doporučujeme zhlédnout užitečné video na toto téma:

Nyní víte, co jsou dielektrické ztráty v dielektrikách, jak se počítají a měří. Doufáme, že poskytnuté informace byly pro vás užitečné!

Doporučujeme také přečíst:

• K čemu slouží izolační tyč?
• Příčiny ztráty výkonu na dlouhé vzdálenosti
• Programy pro výpočet uzemnění