Dielektrické straty v dielektrikách

Každý vie, že dielektrikum je materiál, ktorý zabraňuje prechodu elektrického prúdu. Takýchto materiálov a látok je obrovské množstvo. Okrem podstatných vlastností majú aj množstvo ďalších doplnkových. Táto vlastnosť zahŕňa dielektrickú stratu - energiu, ktorá sa rozptýli v materiáli pod vplyvom elektrických polí. Táto energia ohrieva materiál, čo má za následok tepelnú degradáciu a ďalšie nepriaznivé účinky. Ďalej zvážime, aké sú dielektrické straty v dielektrikách, ako vznikajú a ako sa merajú.

Metóda výpočtu

Dielektrické straty vyžadujú meranie pomocou pomerne zložitého systému vykresľovania. Tento systém pozostáva z niekoľkých etáp. V prvom rade je potrebné vypočítať výkon, ktorý dielektrikum má a čo sa v ňom rozptýli striedavým napätím. Určuje sa podľa vzorca:

Pa = U * Ia

Na obrázku nižšie sú znázornené schémy sériového (a) a paralelného (b) zapojenia kondenzátora a aktívneho odporu, ako aj vektorové diagramy prúdov v nich.

Je teda možné určiť aktívny prúd, ktorého vzorec na výpočet bude nasledujúci:

Druhá hodnota je dotyčnica vektorového uhla celkovej hodnoty prúdu k jeho kapacite. Tento uhol sa tiež nazýva uhol dielektrickej straty. Ic je kapacita dielektrika.

Vyvodením záverov zo získaných údajov sa získa podrobnejší vzorec na výpočet výkonu:

V tomto prípade sa prúd vypočíta podľa vzorca: uhlová frekvencia * kapacita. Na základe poskytnutých vzorcov môžete vypočítať výkon takto:

Na základe tohto vzorca je možné vidieť, od akých faktorov závisí kvalita a spoľahlivosť takéhoto zariadenia ako dielektrika. Ak sa pozriete na graf, môžete vidieť, že vlastnosti sa zvyšujú s klesajúcim uhlom.

Typy strát

V plynoch

V plynných látkach je elektrická vodivosť malá a v dôsledku toho budú aj dielektrické straty zanedbateľné. Keď sú molekuly plynu polarizované, nič sa nedeje. V tomto prípade sa aplikuje takzvaná ionizačná krivka.

Táto podriadenosť naznačuje, že so zvyšujúcim sa napätím sa bude zväčšovať aj uhol. To znamená, že v izolácii je zahrnutie plynu. V prípade vysokej ionizácie bude strata plynu významná a v dôsledku toho - zahrievanie a zničenie izolácie.

Preto je pri výrobe izolácie veľmi dôležité vziať do úvahy skutočnosť, že by nemali existovať žiadne plynové inklúzie. Na tento účel sa používa špeciálne spracovanie. Jeho podstata je nasledovná: izolácia sa suší vo vákuu. Potom sa póry vyplnia zmesou, ktorá je pod tlakom, a následne dôjde k zábehu.

V dôsledku ionizácie vznikajú oxidy dusíka a ozónu, ktoré ničia izoláciu. V momentoch, keď dochádza k ionizačnému efektu v oblasti nerovnomerných polí, vedie to k zníženiu účinnosti pri prenose.

V pevných látkach

Pevné dielektrikum má určité vlastnosti, ako je zloženie, štruktúra a polarizácia, ktoré vedú k dielektrickým stratám. Chýbajú napríklad v síre, parafíne alebo polystyréne, preto sú tieto látky široko používané ako vysokofrekvenčné dielektrikum.

Kremeň, soľ a sľuda majú elektrickú vodivosť, takže sa vyznačujú nevýznamným množstvom týchto strát.

Dielektrické straty nezávisia od frekvencie (a) a budú klesať spolu s frekvenciou poľa podľa hyperbolického zákona. Ale s teplotou závisia priamo od exponenciálneho zákona (b).

Kryštalické dielektrikum, ako je keramika alebo mramor, má charakteristický exponent tejto hodnoty. Je to spôsobené tým, že obsahujú polovodičové nečistoty. Takýto materiál má charakteristickú vlastnosť: dielektrické straty priamo súvisia s prostredím a jeho podmienkami. Preto v závislosti od zmeny faktorov, ktoré obklopujú dielektrikum, sa hodnota jedného materiálu môže meniť.

V tekutinách

V tomto prípade straty priamo súvisia so zložením materiálu. Ak v kvapalinách nie sú žiadne nečistoty, potom bude neutrálny a straty budú mať tendenciu k nule, pretože elektrická vodivosť je nízka.

Kvapaliny s polaritou alebo s prítomnosťou nečistôt sa používajú na určité technické účely, pretože ich dielektrické straty budú oveľa vyššie. Je to spôsobené tým, že takéto kvapaliny majú svoje vlastné špeciálne vlastnosti, napríklad viskozitu. A keďže sú založené dipólovou polarizáciou, tieto kvapaliny sa nazývajú dipóly. So zvyšujúcou sa viskozitou sa zvyšujú dielektrické straty.

Okrem toho majú kvapaliny určitú teplotnú závislosť strát. Keď sa teplotný režim zvýši, tangenta uhla sa tiež zvýši na maximálnu hodnotu. Potom klesne na minimum a opäť stúpa. Je to spôsobené tým, že elektrická vodivosť sa mení pod vplyvom teploty.

Prehľad meracích prístrojov

Na meranie strát existujú špeciálne prístroje. Zahŕňajú zariadenie "IPI - 10", zariadenie od spoločnosti Tettex, pomocou ktorého sa študujú dielektrika pevných a kvapalných látok. Na určenie dotyčnice uhla v kvapalných dielektrikách sa používa automatizovaná inštalácia s názvom "Tangent - 3M" (obrázok nižšie). Použite tiež meter "Ш2 - 12ТМ".

Na záver vám odporúčame pozrieť si užitočné video na túto tému:

Teraz viete, aké sú dielektrické straty v dielektrikách, ako sa vypočítavajú a merajú. Dúfame, že poskytnuté informácie boli pre vás užitočné!

Odporúčame tiež prečítať:

• Na čo slúži izolačná tyč?
• Príčiny straty výkonu na veľké vzdialenosti
• Programy na výpočet uzemnenia