Straty dielektryczne w dielektrykach

Wszyscy wiedzą, że dielektryk to materiał, który zapobiega przepływowi prądu elektrycznego. Istnieje ogromna liczba takich materiałów i substancji. Oprócz swoich zasadniczych właściwości posiadają również szereg innych dodatkowych właściwości. Ta cecha obejmuje straty dielektryczne - energię, która ulega rozproszeniu w materiale pod wpływem pól elektrycznych. Energia ta nagrzewa materiał, powodując degradację termiczną i inne niekorzystne efekty. Następnie zastanowimy się, jakie są straty dielektryczne w dielektrykach, jak powstają i jak są mierzone.

Metoda obliczeniowa

Straty dielektryczne wymagają pomiaru za pomocą dość złożonego systemu renderowania. System ten składa się z kilku etapów. Przede wszystkim należy obliczyć moc, jaką ma dielektryk i co jest w nim rozpraszane przy napięciu przemiennym. Określa go wzór:

Pa = U * Ia

Poniższy rysunek przedstawia schematy połączenia szeregowego (a) i równoległego (b) kondensatora i rezystancji czynnej, a także wykresy wektorowe prądów w nich.

W ten sposób można określić prąd czynny, dla którego wzór obliczeniowy będzie wyglądał następująco:

Druga wartość to tangens kąta wektora całkowitej wartości prądu do jego pojemności. Ten kąt jest również nazywany kątem strat dielektrycznych. Ic to pojemność dielektryka.

Wyciągając wnioski z uzyskanych danych, uzyskuje się bardziej szczegółowy wzór na obliczenie mocy:

W tym przypadku prąd jest obliczany według wzoru: częstotliwość kątowa * pojemność. Na podstawie podanych wzorów możesz obliczyć moc w następujący sposób:

Na podstawie tego wzoru można zobaczyć, od jakich czynników zależy jakość i niezawodność takiego urządzenia jako dielektryka. Jeśli spojrzysz na wykres, zobaczysz, że właściwości rosną wraz ze spadkiem kąta.

Rodzaje strat

W gazach

W substancjach gazowych przewodność elektryczna jest niewielka, w wyniku czego straty dielektryczne również będą znikome. Kiedy cząsteczki gazu są spolaryzowane, nic się nie dzieje. W tym przypadku stosowana jest tzw. krzywa jonizacji.

To podporządkowanie wskazuje, że wraz ze wzrostem napięcia kąt również wzrośnie. Oznacza to, że w izolacji znajduje się wtrącenie gazu. W przypadku wysokiej jonizacji ubytki gazu będą znaczne, a w efekcie nagrzanie i zniszczenie izolacji.

Dlatego przy wykonywaniu izolacji bardzo ważne jest, aby wziąć pod uwagę fakt, że nie powinno być żadnych wtrąceń gazu. W tym celu stosuje się specjalne przetwarzanie. Jego istota jest następująca: izolacja jest suszona w próżni. Następnie pory wypełniane są masą pod ciśnieniem, po czym następuje docieranie.

W wyniku jonizacji powstają tlenki azotu i ozonu, które niszczą izolację. W momentach, gdy efekt jonizacji występuje w obszarze nierównych pól, prowadzi to do spadku wydajności podczas transmisji.

W ciałach stałych

Dielektryk stały ma pewne cechy, takie jak skład, struktura i polaryzacja, które prowadzą do strat dielektrycznych. Na przykład nie ma ich w siarce, parafinie lub polistyrenie, dlatego substancje te są szeroko stosowane jako dielektryk wysokiej częstotliwości.

Kwarc, sól i mika mają przewodność elektryczną, dlatego charakteryzują się znikomą ilością tych strat.

Straty dielektryczne nie zależą od częstotliwości (a) i będą się zmniejszać wraz z częstotliwością pola zgodnie z prawem hiperbolicznym. Ale wraz z temperaturą zależą one bezpośrednio od prawa wykładniczego (b).

Charakterystycznym wykładnikiem tej wartości jest dielektryk krystaliczny, taki jak ceramika czy marmur. Wynika to z faktu, że zawierają zanieczyszczenia półprzewodnikowe. Taki materiał ma charakterystyczną właściwość: straty dielektryczne są bezpośrednio związane z otoczeniem i jego warunkami. Dlatego w zależności od zmiany czynników otaczających dielektryk wartość jednego materiału może ulec zmianie.

W płynach

W tym przypadku straty są bezpośrednio związane ze składem materiału. Jeśli w cieczach nie ma zanieczyszczeń, będzie ona obojętna, a straty będą dążyć do zera, ponieważ przewodność elektryczna jest niska.

Ciecze z polaryzacją lub z zanieczyszczeniami są używane do określonych celów technicznych, ponieważ będą miały znacznie większe straty dielektryczne. Wynika to z faktu, że takie płyny mają swoje specjalne właściwości, na przykład lepkość. A ponieważ są one ustalane przez polaryzację dipolową, ciecze te nazywane są dipolami. Wraz ze wzrostem lepkości wzrastają straty dielektryczne.

Ponadto ciecze mają pewną zależność strat od temperatury. Gdy reżim temperaturowy wzrasta, styczna kąta również wzrasta do wartości maksymalnej. Następnie spada do minimum i ponownie rośnie. Wynika to z faktu, że przewodność elektryczna zmienia się pod wpływem temperatury.

Przegląd przyrządów pomiarowych

Istnieją specjalne przyrządy do pomiaru strat. Należą do nich urządzenie „IPI - 10”, urządzenie firmy Tettex, przy jego pomocy badane są dielektryki substancji stałych i ciekłych. Zautomatyzowana instalacja o nazwie „Tangent - 3M” służy do określania tangensa kąta w ciekłych dielektrykach (zdjęcie poniżej). Użyj również miernika „Ш2 - 12ТМ”.

Na koniec zalecamy obejrzenie przydatnego filmu na ten temat:

Teraz wiesz, jakie są straty dielektryczne w dielektrykach, jak są obliczane i mierzone. Mamy nadzieję, że podane informacje były dla Ciebie przydatne!

Polecamy również lekturę:

• Do czego służy pręt izolacyjny?
• Przyczyny utraty mocy na długich dystansach
• Programy do obliczania uziemienia