ढांकता हुआ नुकसान क्या है और इसका क्या कारण है

ढांकता हुआ नुकसान एक ढांकता हुआ में प्रति यूनिट समय में ऊर्जा का प्रसार होता है जब उस पर एक विद्युत क्षेत्र लगाया जाता है और ढांकता हुआ गर्म होने का कारण बनता है। निरंतर वोल्टेज पर, मात्रा और सतह चालन के कारण ऊर्जा हानि केवल वर्तमान के माध्यम से निर्धारित की जाती है। वैकल्पिक वोल्टेज पर, इन नुकसानों को विभिन्न प्रकार के ध्रुवीकरणों के साथ-साथ अर्धचालक अशुद्धियों, लोहे के आक्साइड, कार्बन, गैस समावेशन आदि की उपस्थिति के कारण होने वाले नुकसान में जोड़ा जाता है।

सबसे सरल ढांकता हुआ मानते हुए, हम एक वैकल्पिक वोल्टेज के प्रभाव में उसमें होने वाली शक्ति के लिए अभिव्यक्ति लिख सकते हैं:

पा = यू · मैं,

जहां U परावैद्युत पर लगाया गया वोल्टेज है, Aza परावैद्युत के माध्यम से बहने वाली धारा का सक्रिय घटक है।

ढांकता हुआ समतुल्य सर्किट आमतौर पर एक संधारित्र और श्रृंखला में जुड़े एक सक्रिय प्रतिरोध के रूप में प्रस्तुत किया जाता है। वेक्टर आरेख से (चित्र 1 देखें):

एज़ा = इंटीग्रेटेड सर्किट·टीजीδ,

जहाँ δ कुल धारा I के सदिश और उसके समाई घटक एकीकृत परिपथ के बीच का कोण है।

इसलिए

पा = यू·एकीकृत सर्किट·टीजीδ,

लेकिन वर्तमान

एकीकृत सर्किट = यूΩ सी,

कोणीय आवृत्ति ω पर एक संधारित्र (दिए हुए ढांकता हुआ) की समाई कहाँ है।

नतीजतन, ढांकता हुआ में बिजली का प्रसार होता है

Pa = U2Ω C·tgδ,

अर्थात। ढांकता हुआ ऊर्जा हानि कोण δ के स्पर्शरेखा के समानुपाती होती है जिसे कहा जाता है ढांकता हुआ नुकसान कोण या केवल नुकसान का कोण। यह कोण δ k परावैद्युत की गुणवत्ता को दर्शाता है। बिजली के नुकसान का कोण जितना छोटा होता है, इन्सुलेट सामग्री के ढांकता हुआ गुण उतना ही अधिक होता है।

चावल। 1. वैकल्पिक वोल्टेज के तहत एक ढांकता हुआ में धाराओं का वेक्टर आरेख।

कोण की अवधारणा का परिचय δ यह अभ्यास के लिए सुविधाजनक है, क्योंकि ढांकता हुआ नुकसान के पूर्ण मूल्य के बजाय, एक सापेक्ष मूल्य को ध्यान में रखा जाता है, जो विभिन्न गुणवत्ता के ढांकता हुआ के साथ इन्सुलेशन उत्पादों की तुलना करना संभव बनाता है।

गैसों में ढांकता हुआ नुकसान

गैसों में ढांकता हुआ नुकसान छोटा है। गैसें हैं बहुत कम विद्युत चालकता… उनके ध्रुवीकरण के दौरान द्विध्रुवीय गैस अणुओं का अभिविन्यास ढांकता हुआ नुकसान के साथ नहीं है। जोड़ tgδ=e(U) को आयनीकरण वक्र (चित्र 2) कहा जाता है।

चावल। 2. वायु समावेशन के साथ इन्सुलेशन के लिए वोल्टेज के कार्य के रूप में tgδ में परिवर्तन

बढ़ते वोल्टेज के साथ एक बढ़ता हुआ tgδ ठोस इन्सुलेशन में गैस के समावेशन की उपस्थिति का आकलन कर सकता है। गैस में महत्वपूर्ण आयनीकरण और नुकसान के साथ, हीटिंग और इन्सुलेशन का टूटना हो सकता है।इसलिए, उत्पादन के दौरान गैस के समावेशन को हटाने के लिए उच्च-वोल्टेज विद्युत मशीनों की वाइंडिंग का इन्सुलेशन एक विशेष उपचार के अधीन होता है - वैक्यूम के तहत सूखना, दबाव में एक गर्म यौगिक के साथ इन्सुलेशन के छिद्रों को भरना और दबाने के लिए रोलिंग।

वायु समावेशन का आयनीकरण ओजोन और नाइट्रोजन ऑक्साइड के गठन के साथ होता है, जिसका जैविक इन्सुलेशन पर विनाशकारी प्रभाव पड़ता है। असमान क्षेत्रों में हवा का आयनीकरण, उदाहरण के लिए, बिजली लाइनों में, दृश्य प्रकाश (कोरोना) और महत्वपूर्ण नुकसान के प्रभाव के साथ होता है, जो संचरण क्षमता को कम करता है।

तरल डाइलेक्ट्रिक्स में डाइलेक्ट्रिक नुकसान

तरल पदार्थ में ढांकता हुआ नुकसान उनकी संरचना पर निर्भर करता है। अशुद्धियों के बिना तटस्थ (गैर-ध्रुवीय) तरल पदार्थों में विद्युत चालकता बहुत कम होती है, इसलिए उनमें ढांकता हुआ नुकसान भी कम होता है। उदाहरण के लिए, परिशोधित संघनित्र तेल में एक tgδ होता है

प्रौद्योगिकी में, ध्रुवीय तरल पदार्थ (सोवोल, अरंडी का तेल, आदि) या तटस्थ और द्विध्रुवीय तरल पदार्थों के मिश्रण (ट्रांसफार्मर का तेल, यौगिक, आदि), जिसमें तटस्थ तरल पदार्थों की तुलना में ढांकता हुआ नुकसान काफी अधिक है। उदाहरण के लिए, 106 हर्ट्ज की आवृत्ति और 20 डिग्री सेल्सियस (293 K) के तापमान पर अरंडी के तेल का tgδ 0.01 है।

ध्रुवीय तरल पदार्थों का ढांकता हुआ नुकसान चिपचिपाहट पर निर्भर करता है। इन नुकसानों को द्विध्रुवीय नुकसान कहा जाता है क्योंकि वे द्विध्रुवीय ध्रुवीकरण के कारण होते हैं।

कम चिपचिपाहट पर, अणु एक घर्षण रहित क्षेत्र की क्रिया के तहत उन्मुख होते हैं, इस मामले में द्विध्रुवीय नुकसान छोटे होते हैं, और कुल ढांकता हुआ नुकसान केवल विद्युत चालकता के कारण होता है। बढ़ती चिपचिपाहट के साथ डिपोल लॉस बढ़ता है।एक निश्चित चिपचिपाहट पर, नुकसान अधिकतम होते हैं।

यह इस तथ्य से समझाया गया है कि पर्याप्त उच्च चिपचिपाहट पर अणुओं के पास क्षेत्र में परिवर्तन का पालन करने का समय नहीं होता है और द्विध्रुवीय ध्रुवीकरण व्यावहारिक रूप से गायब हो जाता है। इस मामले में, ढांकता हुआ नुकसान छोटा है। जैसे ही आवृत्ति बढ़ती है, अधिकतम नुकसान उच्च तापमान क्षेत्र में स्थानांतरित हो जाता है।

नुकसान की तापमान निर्भरता जटिल है: बढ़ते तापमान के साथ tgδ बढ़ता है, अधिकतम तक पहुंचता है, फिर न्यूनतम तक घटता है, फिर बढ़ता है, यह विद्युत चालकता में वृद्धि से समझाया गया है। द्विध्रुवीय नुकसान बढ़ती आवृत्ति के साथ बढ़ता है जब तक कि ध्रुवीकरण के पास क्षेत्र में परिवर्तन का पालन करने का समय नहीं होता है, जिसके बाद द्विध्रुवीय अणुओं के पास क्षेत्र की दिशा में खुद को पूरी तरह से उन्मुख करने का समय नहीं होता है और नुकसान स्थिर हो जाता है।

कम-चिपचिपापन वाले तरल पदार्थों में, कम आवृत्तियों पर चालन हानियाँ प्रबल होती हैं, और द्विध्रुवीय हानियाँ नगण्य होती हैं; इसके विपरीत, रेडियो फ्रीक्वेंसी पर द्विध्रुवीय हानि अधिक होती है। इसलिए, उच्च आवृत्ति वाले क्षेत्रों में द्विध्रुवीय डाइलेक्ट्रिक्स का उपयोग नहीं किया जाता है।

ठोस डाइलेक्ट्रिक्स में डाइलेक्ट्रिक नुकसान

ठोस डाइलेक्ट्रिक्स में डाइइलेक्ट्रिक नुकसान संरचना (क्रिस्टलीय या अनाकार), संरचना (कार्बनिक या अकार्बनिक) और ध्रुवीकरण की प्रकृति पर निर्भर करते हैं। सल्फर, पैराफिन, पॉलीस्टाइनिन जैसे ठोस न्यूट्रल डाइलेक्ट्रिक्स में, जिनमें केवल इलेक्ट्रॉनिक ध्रुवीकरण होता है, कोई डाइइलेक्ट्रिक नुकसान नहीं होता है। नुकसान केवल अशुद्धियों के कारण हो सकता है। इसलिए, ऐसी सामग्रियों का उपयोग उच्च आवृत्ति वाले डाइलेक्ट्रिक्स के रूप में किया जाता है।

इलेक्ट्रॉनिक और आयनिक ध्रुवीकरण रखने वाले सेंधा नमक, सिल्वाइट, क्वार्ट्ज और शुद्ध अभ्रक जैसे अकार्बनिक पदार्थों में अकेले विद्युत चालकता के कारण कम ढांकता हुआ नुकसान होता है। इन क्रिस्टल में ढांकता हुआ नुकसान आवृत्ति पर निर्भर नहीं होता है, और बढ़ती आवृत्ति के साथ tgδ घट जाती है। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, नुकसान और टीजीएफटी उसी तरह बदलते हैं जैसे विद्युत चालकता, एक घातीय कार्य के कानून के अनुसार बढ़ रही है।

विभिन्न संरचना के चश्मे में, उदाहरण के लिए, कांच के चरण की एक उच्च सामग्री वाले सिरेमिक, विद्युत चालकता के कारण होने वाले नुकसान देखे जाते हैं। ये नुकसान कमजोर रूप से बंधे हुए आयनों की गति के कारण होते हैं; वे आमतौर पर 50 - 100°C (323 - 373 K) से ऊपर के तापमान पर होते हैं। घातीय फलन के नियम के अनुसार ये नुकसान तापमान के साथ काफी बढ़ जाते हैं और आवृत्ति पर बहुत कम निर्भर करते हैं (बढ़ती आवृत्ति के साथ tgδ घटता है)।

अकार्बनिक पॉलीक्रिस्टलाइन डाइलेक्ट्रिक्स (संगमरमर, चीनी मिट्टी की चीज़ें, आदि) में, अर्धचालक अशुद्धियों की उपस्थिति के कारण अतिरिक्त ढांकता हुआ नुकसान होता है: नमी, लोहे के आक्साइड, कार्बन, गैस, आदि। एक ही सामग्री, क्योंकि सामग्री के गुण पर्यावरणीय परिस्थितियों के प्रभाव में बदलते हैं।

कार्बनिक ध्रुवीय डाइलेक्ट्रिक्स (लकड़ी, सेलूलोज़ ईथर, प्राकृतिक समाधान, सिंथेटिक रेजिन) में ढांकता हुआ नुकसान ढीले कण पैकिंग के कारण संरचनात्मक ध्रुवीकरण के कारण होता है। ये नुकसान एक निश्चित तापमान पर अधिकतम होने वाले तापमान के साथ-साथ इसकी वृद्धि के साथ बढ़ती आवृत्ति पर निर्भर करते हैं। इसलिए, इन डाइलेक्ट्रिक्स का उपयोग उच्च आवृत्ति वाले क्षेत्रों में नहीं किया जाता है।

चारित्रिक रूप से, यौगिक के साथ संसेचित कागज के लिए तापमान पर निर्भरता tgδ में दो मैक्सिमा हैं: पहला नकारात्मक तापमान पर मनाया जाता है और तंतुओं के नुकसान की विशेषता है, दूसरा उच्च तापमान पर यौगिक के द्विध्रुव के नुकसान के कारण होता है। जैसे-जैसे ध्रुवीय डाइलेक्ट्रिक्स में तापमान बढ़ता है, विद्युत चालकता से जुड़े नुकसान बढ़ जाते हैं।