Ano ang pagkawala ng dielectric at kung ano ang sanhi nito
Ang mga pagkalugi ng dielectric ay ang enerhiya na nawawala sa bawat yunit ng oras sa isang dielectric kapag ang isang electric field ay inilapat dito at nagiging sanhi ng pag-init ng dielectric. Sa pare-pareho ang boltahe, ang mga pagkalugi ng enerhiya ay natutukoy lamang sa pamamagitan ng lakas ng through current dahil sa volume at surface conduction. Sa alternating boltahe, ang mga pagkalugi na ito ay idinagdag sa mga pagkalugi dahil sa iba't ibang uri ng mga polariseysyon, pati na rin ang pagkakaroon ng mga semiconductor impurities, iron oxides, carbon, gas inclusions, atbp.
Isinasaalang-alang ang pinakasimpleng dielectric, maaari naming isulat ang expression para sa kapangyarihan na nawala dito sa ilalim ng impluwensya ng isang alternating boltahe:
Pa = U·I,
kung saan ang U ay ang boltahe na inilapat sa dielectric, ang Aza ay ang aktibong bahagi ng kasalukuyang dumadaloy sa dielectric.
Ang dielectric na katumbas na circuit ay karaniwang ipinakita sa anyo ng isang kapasitor at isang aktibong paglaban na konektado sa serye. Mula sa vector diagram (tingnan ang Fig. 1):
Aza = Integrated circuit·tgδ,
kung saan δ — ang anggulo sa pagitan ng vector ng kabuuang kasalukuyang I at ang capacitive component nito Integrated circuit.
Samakatuwid
Pa = U·Integrated circuit·tgδ,
ngunit ang kasalukuyang
Pinagsamang circuit = UΩ C,
kung saan ay ang kapasidad ng isang kapasitor (ibinigay dielectric) sa angular frequency ω.
Bilang isang resulta, ang kapangyarihan dissipated sa dielectric ay
Pa = U2Ω C·tgδ,
i.e. ang mga pagkawala ng enerhiya na nawala sa dielectric ay proporsyonal sa tangent ng anggulo δ na tinatawag na anggulo ng pagkawala ng dielectric o simpleng anggulo ng pagkawala. Ang anggulong ito δ k ay nagpapakilala sa kalidad ng dielectric. Ang mas maliit ang anggulo ng mga pagkalugi ng kuryente δ, mas mataas ang mga katangian ng dielectric ng insulating material.
kanin. 1. Vector diagram ng mga alon sa isang dielectric sa ilalim ng alternating boltahe.
Panimula ng konsepto ng anggulo δ Ito ay maginhawa para sa pagsasanay, dahil sa halip na ang ganap na halaga ng mga pagkalugi ng dielectric, ang isang kamag-anak na halaga ay isinasaalang-alang, na ginagawang posible na ihambing ang mga produkto ng pagkakabukod na may mga dielectric na may iba't ibang kalidad.
Mga pagkalugi ng dielectric sa mga gas
Ang mga pagkalugi ng dielectric sa mga gas ay maliit. Ang mga gas ay mayroon napakababang electrical conductivity… Ang oryentasyon ng mga molekula ng dipole gas sa panahon ng kanilang polariseysyon ay hindi sinamahan ng mga pagkalugi ng dielectric. Ang pagdaragdag ng tgδ=e(U) ay tinatawag na ionization curve (Fig. 2).
kanin. 2. Pagbabago sa tgδ bilang isang function ng boltahe para sa pagkakabukod na may air inclusions
Ang tumataas na tgδ na may pagtaas ng boltahe ay maaaring masuri ang pagkakaroon ng mga pagsasama ng gas sa solid insulation. Sa makabuluhang ionization at pagkalugi sa gas, maaaring mangyari ang pag-init at pagkasira ng pagkakabukod.Samakatuwid, ang pagkakabukod ng mga windings ng mataas na boltahe na mga de-koryenteng makina upang alisin ang mga pagsasama ng gas sa panahon ng produksyon ay sumasailalim sa isang espesyal na paggamot - pagpapatayo sa ilalim ng vacuum, pagpuno ng mga pores ng pagkakabukod na may isang pinainit na tambalan sa ilalim ng presyon at pag-roll para sa pagpindot.
Ang ionization ng air inclusions ay sinamahan ng pagbuo ng ozone at nitrogen oxides, na may mapanirang epekto sa organic insulation. Ang ionization ng hangin sa hindi pantay na mga patlang, halimbawa, sa mga linya ng kuryente, ay sinamahan ng epekto ng nakikitang liwanag (corona) at makabuluhang pagkalugi, na binabawasan ang kahusayan ng paghahatid.
Mga pagkalugi ng dielectric sa mga likidong dielectric
Ang mga pagkawala ng dielectric sa mga likido ay nakasalalay sa kanilang komposisyon. Sa neutral (non-polar) na mga likido na walang mga impurities, ang electrical conductivity ay napakababa, samakatuwid ang dielectric loss ay maliit din sa kanila. Halimbawa, ang refined condenser oil ay may tgδ
Sa teknolohiya, ang mga polar liquid (Sovol, castor oil, atbp.) o mga pinaghalong neutral at dipolar na likido (langis ng transpormer, mga compound, atbp.), kung saan ang mga pagkalugi ng dielectric ay mas mataas kaysa sa mga neutral na likido. Halimbawa, ang tgδ ng castor oil sa dalas na 106 Hz at temperatura na 20°C (293 K) ay 0.01.
Ang pagkawala ng dielectric ng mga polar na likido ay nakasalalay sa lagkit. Ang mga pagkalugi na ito ay tinatawag na dipole losses dahil ang mga ito ay dahil sa dipole polarization.
Sa mababang lagkit, ang mga molekula ay nakatuon sa ilalim ng pagkilos ng isang walang friction na patlang, ang mga pagkalugi ng dipole sa kasong ito ay maliit, at ang kabuuang pagkalugi ng dielectric ay dahil lamang sa electrical conductivity. Ang mga pagkalugi ng dipole ay tumataas sa pagtaas ng lagkit.Sa isang tiyak na lagkit, ang mga pagkalugi ay pinakamataas.
Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na sa sapat na mataas na lagkit ang mga molekula ay walang oras upang sundin ang pagbabago sa larangan at ang dipole polarization ay halos nawawala. Sa kasong ito, ang mga pagkalugi ng dielectric ay maliit. Habang tumataas ang dalas, ang maximum na pagkawala ay lumilipat sa isang mas mataas na rehiyon ng temperatura.
Ang pag-asa sa temperatura ng mga pagkalugi ay kumplikado: ang tgδ ay tumataas sa pagtaas ng temperatura, umabot sa pinakamataas nito, pagkatapos ay bumababa sa isang minimum, pagkatapos ay tumataas muli, ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng pagtaas ng electrical conductivity. Ang mga pagkalugi ng dipole ay tumataas nang may pagtaas ng dalas hanggang ang polariseysyon ay may oras upang sundin ang pagbabago sa larangan, pagkatapos nito ang mga molekula ng dipole ay wala nang oras upang ganap na i-orient ang kanilang sarili sa direksyon ng patlang at ang mga pagkalugi ay nagiging pare-pareho.
Sa mga likidong mababa ang lagkit, ang mga pagkalugi sa pagpapadaloy ay nangingibabaw sa mga mababang frequency, at ang mga pagkalugi ng dipole ay bale-wala; sa kabaligtaran, sa mga frequency ng radyo ang pagkalugi ng dipole ay mataas. Samakatuwid, ang dipole dielectrics ay hindi ginagamit sa mataas na frequency field.
Mga pagkalugi ng dielectric sa solid dielectrics
Ang mga pagkalugi ng dielectric sa solid dielectrics ay nakasalalay sa istraktura (crystalline o amorphous), ang komposisyon (organic o inorganic) at ang likas na katangian ng polariseysyon. Sa mga solidong neutral na dielectric tulad ng sulfur, paraffin, polystyrene, na mayroon lamang electronic polarization, walang mga pagkalugi sa dielectric. Ang mga pagkalugi ay maaari lamang dahil sa mga impurities. Samakatuwid, ang mga naturang materyales ay ginagamit bilang high-frequency dielectrics.
Ang mga inorganic na materyales, tulad ng mga solong kristal ng rock salt, sylvite, quartz, at purong mika, na nagtataglay ng electronic at ionic polarization, ay may mababang dielectric na pagkalugi dahil sa electrical conductivity lamang. Ang mga pagkalugi ng dielectric sa mga kristal na ito ay hindi nakasalalay sa dalas, at bumababa ang tgδ sa pagtaas ng dalas. Habang tumataas ang temperatura, ang mga pagkalugi at tgft ay nagbabago sa parehong paraan tulad ng electrical conductivity, tumataas ayon sa batas ng isang exponential function.
Sa mga baso ng iba't ibang komposisyon, halimbawa, ang mga keramika na may mataas na nilalaman ng vitreous phase, ang mga pagkalugi dahil sa electrical conductivity ay sinusunod. Ang mga pagkalugi na ito ay sanhi ng paggalaw ng mahinang nakagapos na mga ion; kadalasang nangyayari ang mga ito sa mga temperaturang higit sa 50 — 100°C (323 — 373 K). Ang mga pagkaluging ito ay tumataas nang malaki sa temperatura ayon sa batas ng isang exponential function at kaunti lamang ang nakasalalay sa dalas (bumababa ang tgδ sa pagtaas ng dalas).
Sa inorganic na polycrystalline dielectrics (marble, ceramics, atbp.), Ang mga karagdagang pagkawala ng dielectric ay nangyayari dahil sa pagkakaroon ng mga impurities ng semiconductor: moisture, iron oxides, carbon, gas, atbp. ang parehong materyal, dahil ang mga katangian ng materyal ay nagbabago sa ilalim ng impluwensya ng mga kondisyon sa kapaligiran.
Ang pagkalugi ng dielectric sa mga organikong polar dielectric (kahoy, cellulose ethers, natural na solusyon, synthetic resins) ay dahil sa structural polarization dahil sa maluwag na particle packing. Ang mga pagkalugi na ito ay nakasalalay sa temperatura na may pinakamataas sa isang tiyak na temperatura pati na rin ang dalas ng pagtaas sa paglaki nito. Samakatuwid, ang mga dielectric na ito ay hindi ginagamit sa mga larangan ng mataas na dalas.
Sa katangian, ang dependence tgδ sa temperatura para sa papel na pinapagbinhi ng tambalan ay may dalawang maxima: ang una ay sinusunod sa mga negatibong temperatura at nailalarawan ang pagkawala ng mga hibla, ang pangalawang maximum sa mataas na temperatura ay dahil sa pagkawala ng dipole ng tambalan. Habang tumataas ang temperatura sa polar dielectrics, tumataas ang mga pagkalugi na nauugnay sa electrical conductivity.