डायलेक्ट्रिक नुकसान काय आहे आणि ते कशामुळे होते

डायलेक्ट्रिक लॉस म्हणजे डायलेक्ट्रिकमध्ये प्रति युनिट वेळेत विसर्जित होणारी ऊर्जा जेव्हा त्यावर विद्युत क्षेत्र लागू केले जाते आणि डायलेक्ट्रिक गरम होते. स्थिर व्होल्टेजवर, ऊर्जेची हानी केवळ व्हॉल्यूम आणि पृष्ठभागाच्या वहनामुळे प्रवाहाच्या ताकदीद्वारे निर्धारित केली जाते. पर्यायी व्होल्टेजमध्ये, हे नुकसान वेगवेगळ्या प्रकारच्या ध्रुवीकरणामुळे, तसेच अर्धसंवाहक अशुद्धता, लोह ऑक्साईड, कार्बन, वायू समावेश इत्यादींमुळे झालेल्या नुकसानांमध्ये जोडले जातात.

सर्वात सोप्या डायलेक्ट्रिकचा विचार करून, आपण अल्टरनेटिंग व्होल्टेजच्या प्रभावाखाली त्यामध्ये विखुरलेल्या शक्तीसाठी अभिव्यक्ती लिहू शकतो:

Pa = U·I,

जेथे U हा डायलेक्ट्रिकवर लागू होणारा व्होल्टेज आहे, Aza हा डायलेक्ट्रिकमधून वाहणाऱ्या विद्युत् प्रवाहाचा सक्रिय घटक आहे.

डायलेक्ट्रिक समतुल्य सर्किट सामान्यत: कॅपेसिटरच्या स्वरूपात सादर केले जाते आणि मालिकेत जोडलेले सक्रिय प्रतिकार. वेक्टर आकृतीवरून (चित्र 1 पहा):

Aza = इंटिग्रेटेड सर्किट·tgδ,

जेथे δ — एकूण विद्युत् प्रवाह I आणि त्याच्या कॅपेसिटिव्ह घटक एकात्मिक सर्किटमधील वेक्टरमधील कोन.

त्यामुळे

Pa = U·Integrated circuit·tgδ,

पण वर्तमान

एकात्मिक सर्किट = UΩ C,

कोनीय वारंवारता ω वर कॅपेसिटरची कॅपेसिटन्स (डायलेक्ट्रिक दिलेली) कुठे आहे.

परिणामी, डायलेक्ट्रिकमध्ये उधळलेली शक्ती आहे

Pa = U2Ω C·tgδ,

म्हणजे डायलेक्ट्रिकमध्ये नष्ट होणारी ऊर्जा हानी कोनाच्या स्पर्शिकेच्या प्रमाणात असते ज्याला δ म्हणतात डायलेक्ट्रिक नुकसान कोन किंवा फक्त नुकसानाचा कोन. हा कोन δ k डायलेक्ट्रिकची गुणवत्ता दर्शवतो. कोन di विद्युत नुकसान δ जितका लहान असेल तितका इन्सुलेट सामग्रीचे डायलेक्ट्रिक गुणधर्म जास्त असतील.

तांदूळ. 1. अल्टरनेटिंग व्होल्टेज अंतर्गत डायलेक्ट्रिकमध्ये प्रवाहांचे वेक्टर आकृती.

कोन δ या संकल्पनेचा परिचय सरावासाठी सोयीस्कर आहे, कारण डायलेक्ट्रिक नुकसानाच्या परिपूर्ण मूल्याऐवजी, सापेक्ष मूल्य विचारात घेतले जाते, ज्यामुळे इन्सुलेशन उत्पादनांची भिन्न गुणवत्तेच्या डायलेक्ट्रिकसह तुलना करणे शक्य होते.

वायूंमध्ये डायलेक्ट्रिक नुकसान

वायूंमध्ये डायलेक्ट्रिक नुकसान कमी आहे. वायू असतात खूप कमी विद्युत चालकता… द्विध्रुवीय वायूच्या रेणूंच्या ध्रुवीकरणादरम्यान त्यांचे अभिमुखता डायलेक्ट्रिक नुकसानासह नसते. tgδ=e(U) जोडण्याला आयनीकरण वक्र म्हणतात (चित्र 2).

तांदूळ. 2. हवा समावेशासह इन्सुलेशनसाठी व्होल्टेजचे कार्य म्हणून tgδ मध्ये बदल

वाढत्या व्होल्टेजसह वाढणारा tgδ घन इन्सुलेशनमध्ये गॅसच्या समावेशाच्या उपस्थितीचे मूल्यांकन करू शकतो. गॅसमध्ये लक्षणीय आयनीकरण आणि तोटा सह, उष्णता आणि इन्सुलेशनचे ब्रेकडाउन होऊ शकते.म्हणून, उत्पादनादरम्यान गॅसचा समावेश काढून टाकण्यासाठी उच्च-व्होल्टेज इलेक्ट्रिकल मशीनच्या विंडिंग्सच्या इन्सुलेशनवर विशेष उपचार केले जातात - व्हॅक्यूम अंतर्गत कोरडे करणे, इन्सुलेशनचे छिद्र दबावाखाली गरम कंपाऊंडने भरणे आणि दाबण्यासाठी रोलिंग करणे.

हवेच्या समावेशाचे आयनीकरण ओझोन आणि नायट्रोजन ऑक्साईड्सच्या निर्मितीसह होते, ज्याचा सेंद्रिय इन्सुलेशनवर विनाशकारी प्रभाव पडतो. असमान क्षेत्रांमध्ये हवेचे आयनीकरण, उदाहरणार्थ, पॉवर लाईन्समध्ये, दृश्यमान प्रकाश (कोरोना) आणि लक्षणीय नुकसानांच्या प्रभावासह आहे, ज्यामुळे प्रसारण कार्यक्षमता कमी होते.

लिक्विड डायलेक्ट्रिक्समध्ये डायलेक्ट्रिक नुकसान

द्रवपदार्थांमधील डायलेक्ट्रिक नुकसान त्यांच्या रचनेवर अवलंबून असते. अशुद्धता नसलेल्या तटस्थ (ध्रुवीय) द्रवांमध्ये, विद्युत चालकता खूप कमी असते, म्हणून त्यांच्यामध्ये डायलेक्ट्रिक नुकसान देखील कमी असते. उदाहरणार्थ, परिष्कृत कंडेनसर तेलात tgδ असते

तंत्रज्ञानामध्ये, ध्रुवीय द्रव (सोव्होल, एरंडेल तेल इ.) किंवा तटस्थ आणि द्विध्रुवीय द्रवांचे मिश्रण (ट्रान्सफॉर्मर तेल, संयुगे, इ.), ज्यामध्ये डायलेक्ट्रिक नुकसान तटस्थ द्रव्यांच्या तुलनेत लक्षणीयरीत्या जास्त आहे. उदाहरणार्थ, एरंडेल तेलाचा tgδ 106 Hz वारंवारता आणि 20°C (293 K) तापमान 0.01 आहे.

ध्रुवीय द्रवांचे डायलेक्ट्रिक नुकसान स्निग्धतेवर अवलंबून असते. या नुकसानांना द्विध्रुवीय नुकसान म्हणतात कारण ते द्विध्रुवीय ध्रुवीकरणामुळे होते.

कमी स्निग्धतेवर, रेणू घर्षणरहित क्षेत्राच्या कृती अंतर्गत केंद्रित असतात, या प्रकरणात द्विध्रुवीय नुकसान कमी असते आणि एकूण डायलेक्ट्रिक नुकसान केवळ विद्युत चालकतेमुळे होते. वाढत्या चिकटपणासह द्विध्रुवीय नुकसान वाढते.विशिष्ट चिकटपणावर, तोटा जास्तीत जास्त असतो.

हे या वस्तुस्थितीद्वारे स्पष्ट केले आहे की पुरेशा उच्च स्निग्धतेवर रेणूंना फील्डमधील बदलांचे पालन करण्यास वेळ नसतो आणि द्विध्रुवीय ध्रुवीकरण व्यावहारिकरित्या अदृश्य होते. या प्रकरणात, डायलेक्ट्रिक नुकसान लहान आहेत. जसजशी वारंवारता वाढते तसतसे जास्तीत जास्त नुकसान उच्च तापमानाच्या प्रदेशात होते.

नुकसानाचे तापमान अवलंबित्व जटिल आहे: वाढत्या तापमानासह tgδ वाढते, कमाल पोहोचते, नंतर कमीतकमी कमी होते, नंतर पुन्हा वाढते, हे विद्युत चालकता वाढीद्वारे स्पष्ट केले जाते. द्विध्रुवीय तोटा वाढत्या वारंवारतेसह वाढतो जोपर्यंत ध्रुवीकरणाला फील्डमधील बदलाचे पालन करण्यास वेळ मिळत नाही, त्यानंतर द्विध्रुवीय रेणूंना यापुढे क्षेत्राच्या दिशेने स्वतःला पूर्णपणे निर्देशित करण्यास वेळ मिळत नाही आणि तोटा सतत होतो.

कमी-स्निग्धता असलेल्या द्रवांमध्ये, कमी फ्रिक्वेन्सीवर वहन तोटा होतो आणि द्विध्रुवीय नुकसान नगण्य असते; याउलट, रेडिओ फ्रिक्वेन्सीवर द्विध्रुवीय नुकसान जास्त असते. म्हणून, उच्च वारंवारता फील्डमध्ये द्विध्रुवीय डायलेक्ट्रिक्स वापरले जात नाहीत.

घन डायलेक्ट्रिक्समध्ये डायलेक्ट्रिक नुकसान

घन डायलेक्ट्रिक्समधील डाईलेक्ट्रिक नुकसान रचना (स्फटिक किंवा आकारहीन), रचना (सेंद्रिय किंवा अकार्बनिक) आणि ध्रुवीकरणाच्या स्वरूपावर अवलंबून असते. सल्फर, पॅराफिन, पॉलिस्टीरिन सारख्या घन तटस्थ डायलेक्ट्रिक्समध्ये, ज्यामध्ये केवळ इलेक्ट्रॉनिक ध्रुवीकरण असते, कोणतेही डायलेक्ट्रिक नुकसान नसते. नुकसान केवळ अशुद्धतेमुळे होऊ शकते. म्हणून, अशी सामग्री उच्च-फ्रिक्वेंसी डायलेक्ट्रिक्स म्हणून वापरली जाते.

अकार्बनिक पदार्थ, जसे की रॉक सॉल्टचे सिंगल क्रिस्टल्स, सिल्व्हाइट, क्वार्ट्ज आणि शुद्ध अभ्रक, ज्यामध्ये इलेक्ट्रॉनिक आणि आयनिक ध्रुवीकरण असते, केवळ विद्युत चालकतेमुळे कमी डाईलेक्ट्रिक नुकसान होते. या क्रिस्टल्समधील डायलेक्ट्रिक नुकसान वारंवारतेवर अवलंबून नसते आणि वाढत्या वारंवारतेसह tgδ कमी होते. जसजसे तापमान वाढते तसतसे नुकसान आणि टीजीएफटी विद्युत चालकता प्रमाणेच बदलतात, घातांकीय कार्याच्या नियमानुसार वाढते.

वेगवेगळ्या रचनांच्या चष्म्यांमध्ये, उदाहरणार्थ, काचेच्या टप्प्याची उच्च सामग्री असलेल्या सिरेमिकमध्ये, विद्युत चालकतेमुळे होणारे नुकसान दिसून येते. हे नुकसान कमकुवतपणे बांधलेल्या आयनांच्या हालचालीमुळे होते; ते सहसा 50 — 100°C (323 — 373 K) पेक्षा जास्त तापमानात आढळतात. हे नुकसान घातांकीय कार्याच्या नियमानुसार तापमानासह लक्षणीयरीत्या वाढते आणि वारंवारतेवर थोडे अवलंबून असते (वाढत्या वारंवारतेसह tgδ कमी होते).

अजैविक पॉलीक्रिस्टलाइन डायलेक्ट्रिक्स (संगमरवरी, सिरेमिक इ.) मध्ये, अर्धसंवाहक अशुद्धतेच्या उपस्थितीमुळे अतिरिक्त डायलेक्ट्रिक नुकसान होते: आर्द्रता, लोह ऑक्साईड, कार्बन, वायू इ. समान सामग्री, कारण पर्यावरणीय परिस्थितीच्या प्रभावाखाली सामग्रीचे गुणधर्म बदलतात.

सेंद्रिय ध्रुवीय डायलेक्ट्रिक्स (लाकूड, सेल्युलोज इथर, नैसर्गिक द्रावण, सिंथेटिक रेजिन) मध्ये डायलेक्ट्रिक नुकसान सैल कण पॅकिंगमुळे संरचनात्मक ध्रुवीकरणामुळे होते. हे नुकसान ठराविक तापमानात कमाल तापमानावर तसेच त्याच्या वाढीसह वारंवारतेवर अवलंबून असते. म्हणून, हे डायलेक्ट्रिक्स उच्च वारंवारता फील्डमध्ये वापरले जात नाहीत.

वैशिष्ट्यपूर्णपणे, कंपाऊंडसह गर्भित केलेल्या कागदासाठी तापमानावरील tgδ अवलंबित्व दोन कमाल आहे: पहिला नकारात्मक तापमानात साजरा केला जातो आणि तंतूंचे नुकसान दर्शवितो, तर भारदस्त तापमानात दुसरे कमाल कंपाऊंडच्या द्विध्रुवीय नुकसानामुळे होते. ध्रुवीय डायलेक्ट्रिक्समध्ये तापमान वाढल्यामुळे, विद्युत चालकतेशी संबंधित नुकसान वाढते.