Dielektrične izgube v dielektrikih

Vsi vedo, da je dielektrik material, ki preprečuje prehod električnega toka. Takšnih materialov in snovi je ogromno. Poleg bistvenih lastnosti imajo še vrsto drugih dodatnih. Ta lastnost vključuje dielektrične izgube - energijo, ki se razprši v materialu pod vplivom električnih polj. Ta energija segreje material, kar povzroči toplotno razgradnjo in druge škodljive učinke. Nato bomo razmislili, kakšne so dielektrične izgube v dielektrikih, kako nastanejo in kako se merijo.

Metoda izračuna

Dielektrične izgube zahtevajo merjenje z uporabo precej zapletenega sistema upodabljanja. Ta sistem je sestavljen iz več stopenj. Najprej je treba izračunati moč, ki jo ima dielektrik in kaj se v njem razprši z izmenično napetostjo. Določa se s formulo:

Pa = U * Ia

Na spodnji sliki so prikazani diagrami serijske (a) in vzporedne (b) povezave kondenzatorja in aktivnega upora ter vektorski diagrami tokov v njih.

Tako je mogoče določiti aktivni tok, za katerega bo formula za izračun naslednja:

Druga vrednost je tangent vektorskega kota celotne vrednosti toka na njegovo kapacitivnost. Ta kot se imenuje tudi kot dielektrične izgube. Ic je kapacitivnost dielektrika.

Če sklepamo na podlagi pridobljenih podatkov, dobimo podrobnejšo formulo za izračun moči:

V tem primeru se tok izračuna po formuli: kotna frekvenca * kapacitivnost. Na podlagi predloženih formul lahko izračunate moč na naslednji način:

Na podlagi te formule je razvidno, od katerih dejavnikov sta odvisna kakovost in zanesljivost takšne naprave kot dielektrik. Če pogledate graf, lahko vidite, da se lastnosti povečujejo z zmanjšanjem kota.

Vrste izgube

V plinih

V plinastih snoveh je električna prevodnost majhna in posledično bodo tudi dielektrične izgube zanemarljive. Ko so molekule plina polarizirane, se nič ne zgodi. V tem primeru se uporabi tako imenovana ionizacijska krivulja.

Ta podrejenost kaže, da se bo z naraščajočo napetostjo povečal tudi kot. To pomeni, da je v izolaciji vključen plin. V primeru visoke ionizacije bo izguba plina znatna in posledično - segrevanje in uničenje izolacije.

Zato je pri izdelavi izolacije zelo pomembno upoštevati dejstvo, da ne sme biti plinskih vključkov. Za to se uporablja posebna obdelava. Njegovo bistvo je naslednje: izolacija se posuši v vakuumu. Nato se pore napolnijo s spojino, ki je pod pritiskom, nato pa pride do utekanja.

Zaradi ionizacije se pojavijo dušikovi oksidi in ozon, ki uničijo izolacijo. V trenutkih, ko se ionizacijski učinek pojavi na območju neenakomernih polj, to vodi do zmanjšanja učinkovitosti med prenosom.

V trdnih snoveh

Trden dielektrik ima določene značilnosti, kot so sestava, struktura in polarizacija, ki vodijo do dielektričnih izgub. Na primer, v žveplovi, parafinu ali polistirenu jih ni, zato se te snovi pogosto uporabljajo kot visokofrekvenčni dielektrik.

Kremen, sol in sljuda imajo skozi električno prevodnost, zato je zanje značilna nepomembna količina teh izgub.

Dielektrične izgube niso odvisne od frekvence (a) in se bodo zmanjševale skupaj s frekvenco polja v skladu s hiperboličnim zakonom. Toda pri temperaturi so neposredno odvisni od eksponentnega zakona (b).

Kristalni dielektrik, kot je keramika ali marmor, ima značilen eksponent te vrednosti. To je posledica dejstva, da vsebujejo polprevodniške nečistoče. Tak material ima posebno lastnost: dielektrične izgube so neposredno povezane z okoljem in njegovimi pogoji. Zato se lahko vrednost enega materiala spremeni glede na spremembo dejavnikov, ki obdajajo dielektrik.

V tekočinah

V tem primeru so izgube neposredno povezane s sestavo materiala. Če v tekočinah ni nečistoč, bo nevtralna in izgube se bodo nagibale k nič, saj je električna prevodnost nizka.

Tekočine s polarnostjo ali s prisotnostjo nečistoč se uporabljajo za določene tehnične namene, saj bodo njihove dielektrične izgube veliko večje. To je posledica dejstva, da imajo takšne tekočine svoje posebne lastnosti, na primer viskoznost. In ker se vzpostavijo z dipolno polarizacijo, se te tekočine imenujejo dipolne. Z naraščajočo viskoznostjo se povečajo dielektrične izgube.

Poleg tega imajo tekočine določeno temperaturno odvisnost izgub. Ko se temperaturni režim poveča, se tudi tangent kota poveča na največjo vrednost. Nato pade na minimum in spet naraste. To je posledica dejstva, da se električna prevodnost spreminja pod vplivom temperature.

Pregled merilnih instrumentov

Obstajajo posebni instrumenti za merjenje izgub. Vključujejo napravo "IPI - 10", napravo podjetja Tettex, z njeno pomočjo preučujejo dielektrike trdnih in tekočih snovi. Za določanje tangenta kota v tekočih dielektrikih se uporablja avtomatizirana instalacija, imenovana "Tangent - 3M" (slika spodaj). Uporabite tudi merilnik "Ш2 - 12ТМ".

Na koncu priporočamo ogled koristnega videoposnetka na to temo:

Zdaj veste, kaj so dielektrične izgube v dielektrikih, kako se izračunajo in merijo. Upamo, da so vam bile posredovane informacije koristne!

Priporočamo tudi branje:

• Za kaj je izolacijska palica?
• Vzroki za izgubo električne energije na dolge razdalje
• Programi za izračun ozemljitve