విద్యుద్వాహక నష్టం అంటే ఏమిటి మరియు దానికి కారణం ఏమిటి

విద్యుద్వాహక నష్టాలు అనేవి విద్యుద్వాహకానికి విద్యుత్ క్షేత్రాన్ని ప్రయోగించినప్పుడు మరియు విద్యుద్వాహకము వేడెక్కడానికి కారణమైనప్పుడు ఒక యూనిట్ సమయానికి వెదజల్లబడే శక్తి. స్థిరమైన వోల్టేజ్ వద్ద, వాల్యూమ్ మరియు ఉపరితల ప్రసరణ కారణంగా విద్యుత్తు ద్వారా శక్తి యొక్క బలం ద్వారా మాత్రమే శక్తి నష్టాలు నిర్ణయించబడతాయి. ప్రత్యామ్నాయ వోల్టేజ్ వద్ద, ఈ నష్టాలు వివిధ రకాల ధ్రువణాలు, అలాగే సెమీకండక్టర్ మలినాలు, ఐరన్ ఆక్సైడ్లు, కార్బన్, గ్యాస్ చేరికలు మొదలైన వాటి కారణంగా నష్టాలకు జోడించబడతాయి.

సరళమైన విద్యుద్వాహకమును పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, ప్రత్యామ్నాయ వోల్టేజ్ ప్రభావంతో దానిలో వెదజల్లుతున్న శక్తికి వ్యక్తీకరణను వ్రాయవచ్చు:

Pa = U·I,

ఇక్కడ U అనేది విద్యుద్వాహకానికి వర్తించే వోల్టేజ్, అజా అనేది విద్యుద్వాహకము ద్వారా ప్రవహించే విద్యుత్తు యొక్క క్రియాశీల భాగం.

విద్యుద్వాహక సమానమైన సర్క్యూట్ సాధారణంగా కెపాసిటర్ రూపంలో ప్రదర్శించబడుతుంది మరియు సిరీస్‌లో కనెక్ట్ చేయబడిన క్రియాశీల నిరోధకత. వెక్టర్ రేఖాచిత్రం నుండి (Fig. 1 చూడండి):

అజా = ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్·tgδ,

ఇక్కడ δ — మొత్తం కరెంట్ I యొక్క వెక్టార్ మరియు దాని కెపాసిటివ్ కాంపోనెంట్ ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్ మధ్య కోణం.

అందువలన

Pa = U·ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్·tgδ,

కానీ కరెంట్

ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్ = UΩ C,

కోణీయ పౌనఃపున్యం ω వద్ద కెపాసిటర్ (డైఎలెక్ట్రిక్ ఇచ్చిన) కెపాసిటెన్స్ ఎక్కడ ఉంటుంది.

ఫలితంగా, విద్యుద్వాహకములోని శక్తి వెదజల్లుతుంది

Pa = U2Ω C·tgδ,

అనగా విద్యుద్వాహకంలో వెదజల్లబడే శక్తి నష్టాలు δ కోణం యొక్క టాంజెంట్‌కు అనులోమానుపాతంలో ఉంటాయి. విద్యుద్వాహక నష్టం కోణం లేదా కేవలం నష్టం కోణం. ఈ కోణం δ k విద్యుద్వాహక నాణ్యతను వర్ణిస్తుంది. చిన్న కోణం di విద్యుత్ నష్టాలు δ, ఇన్సులేటింగ్ పదార్థం యొక్క విద్యుద్వాహక లక్షణాలు ఎక్కువ.

అన్నం. 1. ఆల్టర్నేటింగ్ వోల్టేజ్ కింద డీఎలెక్ట్రిక్‌లోని కరెంట్‌ల వెక్టర్ రేఖాచిత్రం.

కోణం యొక్క భావన పరిచయం δ ఇది అభ్యాసానికి అనుకూలమైనది, ఎందుకంటే విద్యుద్వాహక నష్టాల యొక్క సంపూర్ణ విలువకు బదులుగా, సాపేక్ష విలువ పరిగణనలోకి తీసుకోబడుతుంది, ఇది ఇన్సులేషన్ ఉత్పత్తులను వివిధ నాణ్యత గల విద్యుద్వాహకములతో పోల్చడం సాధ్యపడుతుంది.

వాయువులలో విద్యుద్వాహక నష్టాలు

వాయువులలో విద్యుద్వాహక నష్టాలు చిన్నవి. వాయువులు ఉన్నాయి చాలా తక్కువ విద్యుత్ వాహకత… ద్విధ్రువ వాయువు అణువుల ధృవీకరణ సమయంలో వాటి ధ్రువణత విద్యుద్వాహక నష్టాలతో కలిసి ఉండదు. అదనంగా tgδ=e(U)ని అయనీకరణ వక్రరేఖ అంటారు (Fig. 2).

అన్నం. 2. గాలి చేరికలతో ఇన్సులేషన్ కోసం వోల్టేజ్ యొక్క విధిగా tgδ లో మార్పు

పెరుగుతున్న వోల్టేజ్‌తో పెరుగుతున్న tgδ ఘన ఇన్సులేషన్‌లో గ్యాస్ చేరికల ఉనికిని అంచనా వేయవచ్చు. గ్యాస్‌లో గణనీయమైన అయనీకరణం మరియు నష్టాలతో, ఇన్సులేషన్ యొక్క తాపన మరియు విచ్ఛిన్నం సంభవించవచ్చు.అందువల్ల, ఉత్పత్తి సమయంలో గ్యాస్ చేరికలను తొలగించడానికి అధిక-వోల్టేజ్ ఎలక్ట్రికల్ మెషీన్ల వైండింగ్‌ల ఇన్సులేషన్ ప్రత్యేక చికిత్సకు లోబడి ఉంటుంది - వాక్యూమ్ కింద ఎండబెట్టడం, ఒత్తిడిలో వేడిచేసిన సమ్మేళనంతో ఇన్సులేషన్ యొక్క రంధ్రాలను నింపడం మరియు నొక్కడం కోసం రోలింగ్ చేయడం.

గాలి చేరికల అయనీకరణం ఓజోన్ మరియు నైట్రోజన్ ఆక్సైడ్ల ఏర్పాటుతో కూడి ఉంటుంది, ఇవి సేంద్రీయ ఇన్సులేషన్‌పై విధ్వంసక ప్రభావాన్ని కలిగి ఉంటాయి. అసమాన క్షేత్రాలలో గాలి యొక్క అయనీకరణం, ఉదాహరణకు, విద్యుత్ లైన్లలో, కనిపించే కాంతి (కరోనా) మరియు గణనీయమైన నష్టాల ప్రభావంతో కూడి ఉంటుంది, ఇది ప్రసార సామర్థ్యాన్ని తగ్గిస్తుంది.

ద్రవ విద్యుద్వాహకాలలో విద్యుద్వాహక నష్టాలు

ద్రవాలలో విద్యుద్వాహక నష్టాలు వాటి కూర్పుపై ఆధారపడి ఉంటాయి. మలినాలు లేని తటస్థ (నాన్-పోలార్) ద్రవాలలో, విద్యుత్ వాహకత చాలా తక్కువగా ఉంటుంది, అందువల్ల విద్యుద్వాహక నష్టాలు కూడా వాటిలో తక్కువగా ఉంటాయి. ఉదాహరణకు, శుద్ధి చేసిన కండెన్సర్ నూనెలో tgδ ఉంటుంది

సాంకేతికతలో, ధ్రువ ద్రవాలు (సోవోల్, కాస్టర్ ఆయిల్ మొదలైనవి) లేదా తటస్థ మరియు ద్విధ్రువ ద్రవాల మిశ్రమాలు (ట్రాన్స్ఫార్మర్ నూనె, సమ్మేళనాలు మొదలైనవి), ఇందులో విద్యుద్వాహక నష్టాలు తటస్థ ద్రవాల కంటే గణనీయంగా ఎక్కువగా ఉంటాయి. ఉదాహరణకు, 106 Hz ఫ్రీక్వెన్సీ మరియు 20°C (293 K) ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఆముదం యొక్క tgδ 0.01.

ధ్రువ ద్రవాల విద్యుద్వాహక నష్టం స్నిగ్ధతపై ఆధారపడి ఉంటుంది. ఈ నష్టాలను ద్విధ్రువ నష్టాలు అంటారు, ఎందుకంటే అవి డైపోల్ పోలరైజేషన్ కారణంగా ఉంటాయి.

తక్కువ స్నిగ్ధత వద్ద, అణువులు ఘర్షణ లేని క్షేత్రం యొక్క చర్యలో ఉంటాయి, ఈ సందర్భంలో ద్విధ్రువ నష్టాలు చిన్నవి, మరియు మొత్తం విద్యుద్వాహక నష్టాలు విద్యుత్ వాహకత కారణంగా మాత్రమే ఉంటాయి. పెరుగుతున్న స్నిగ్ధతతో ద్విధ్రువ నష్టాలు పెరుగుతాయి.ఒక నిర్దిష్ట స్నిగ్ధత వద్ద, నష్టాలు గరిష్టంగా ఉంటాయి.

తగినంత అధిక స్నిగ్ధత వద్ద అణువులకు క్షేత్రంలో మార్పును అనుసరించడానికి సమయం లేదు మరియు ద్విధ్రువ ధ్రువణత ఆచరణాత్మకంగా అదృశ్యమవుతుంది అనే వాస్తవం ద్వారా ఇది వివరించబడింది. ఈ సందర్భంలో, విద్యుద్వాహక నష్టాలు చిన్నవి. ఫ్రీక్వెన్సీ పెరిగేకొద్దీ, గరిష్ట నష్టం అధిక ఉష్ణోగ్రత ప్రాంతానికి మారుతుంది.

నష్టాల యొక్క ఉష్ణోగ్రత ఆధారపడటం సంక్లిష్టంగా ఉంటుంది: పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రతతో tgδ పెరుగుతుంది, దాని గరిష్ట స్థాయికి చేరుకుంటుంది, తరువాత కనిష్ట స్థాయికి తగ్గుతుంది, ఆపై మళ్లీ పెరుగుతుంది, ఇది విద్యుత్ వాహకత పెరుగుదల ద్వారా వివరించబడింది. ఫీల్డ్‌లోని మార్పును అనుసరించడానికి ధ్రువణానికి సమయం వచ్చే వరకు డైపోల్ నష్టాలు పెరుగుతున్న ఫ్రీక్వెన్సీతో పెరుగుతాయి, ఆ తర్వాత డైపోల్ అణువులు ఫీల్డ్ దిశలో పూర్తిగా తమను తాము ఓరియంట్ చేయడానికి సమయం ఉండదు మరియు నష్టాలు స్థిరంగా ఉంటాయి.

తక్కువ-స్నిగ్ధత ద్రవాలలో, తక్కువ పౌనఃపున్యాల వద్ద ప్రసరణ నష్టాలు ప్రధానంగా ఉంటాయి మరియు ద్విధ్రువ నష్టాలు చాలా తక్కువగా ఉంటాయి; దీనికి విరుద్ధంగా, రేడియో ఫ్రీక్వెన్సీల వద్ద ద్విధ్రువ నష్టాలు ఎక్కువగా ఉంటాయి. అందువల్ల, అధిక పౌనఃపున్య క్షేత్రాలలో ద్విధ్రువ విద్యుద్వాహకాలను ఉపయోగించరు.

ఘన విద్యుద్వాహకాలలో విద్యుద్వాహక నష్టాలు

ఘన విద్యుద్వాహకాలలో విద్యుద్వాహక నష్టాలు నిర్మాణం (స్ఫటికాకార లేదా నిరాకార), కూర్పు (సేంద్రీయ లేదా అకర్బన) మరియు ధ్రువణ స్వభావంపై ఆధారపడి ఉంటాయి. ఎలక్ట్రానిక్ ధ్రువణాన్ని మాత్రమే కలిగి ఉన్న సల్ఫర్, పారాఫిన్, పాలీస్టైరిన్ వంటి ఘన తటస్థ విద్యుద్వాహకాలలో, విద్యుద్వాహక నష్టాలు లేవు. మలినాలతో మాత్రమే నష్టాలు సంభవించవచ్చు. అందువలన, ఇటువంటి పదార్థాలు అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ విద్యుద్వాహకములుగా ఉపయోగించబడతాయి.

రాక్ సాల్ట్, సిల్వైట్, క్వార్ట్జ్ మరియు స్వచ్ఛమైన మైకా యొక్క ఒకే స్ఫటికాలు వంటి అకర్బన పదార్థాలు, ఎలక్ట్రానిక్ మరియు అయానిక్ ధ్రువణాన్ని కలిగి ఉంటాయి, కేవలం విద్యుత్ వాహకత కారణంగా తక్కువ విద్యుద్వాహక నష్టాలను కలిగి ఉంటాయి. ఈ స్ఫటికాలలో విద్యుద్వాహక నష్టాలు ఫ్రీక్వెన్సీపై ఆధారపడవు మరియు పెరుగుతున్న ఫ్రీక్వెన్సీతో tgδ తగ్గుతుంది. ఉష్ణోగ్రత పెరిగేకొద్దీ, నష్టాలు మరియు tgft విద్యుత్ వాహకత మాదిరిగానే మారతాయి, ఘాతాంక విధి యొక్క చట్టం ప్రకారం పెరుగుతుంది.

వివిధ కూర్పు యొక్క అద్దాలలో, ఉదాహరణకు, విట్రస్ దశ యొక్క అధిక కంటెంట్ కలిగిన సిరామిక్స్, విద్యుత్ వాహకత కారణంగా నష్టాలు గమనించబడతాయి. ఈ నష్టాలు బలహీనంగా కట్టుబడి ఉన్న అయాన్ల కదలిక వలన సంభవిస్తాయి; అవి సాధారణంగా 50 - 100 ° C (323 - 373 K) కంటే ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద సంభవిస్తాయి. ఎక్స్‌పోనెన్షియల్ ఫంక్షన్ యొక్క చట్టం ప్రకారం ఈ నష్టాలు ఉష్ణోగ్రతతో గణనీయంగా పెరుగుతాయి మరియు ఫ్రీక్వెన్సీపై కొద్దిగా ఆధారపడి ఉంటాయి (పెరుగుతున్న ఫ్రీక్వెన్సీతో tgδ తగ్గుతుంది).

అకర్బన పాలీక్రిస్టలైన్ విద్యుద్వాహకములలో (పాలరాయి, సిరామిక్స్ మొదలైనవి), సెమీకండక్టర్ మలినాలను కలిగి ఉండటం వలన అదనపు విద్యుద్వాహక నష్టాలు సంభవిస్తాయి: తేమ, ఐరన్ ఆక్సైడ్లు, కార్బన్, వాయువు మొదలైనవి. అదే పదార్థం, ఎందుకంటే పర్యావరణ పరిస్థితుల ప్రభావంతో పదార్థం యొక్క లక్షణాలు మారుతాయి.

ఆర్గానిక్ పోలార్ డైలెక్ట్రిక్స్‌లో విద్యుద్వాహక నష్టాలు (కలప, సెల్యులోజ్ ఈథర్‌లు, సహజ ద్రావణం, సింథటిక్ రెసిన్‌లు) వదులుగా ఉండే పార్టికల్ ప్యాకింగ్ కారణంగా నిర్మాణాత్మక ధ్రువణత కారణంగా ఏర్పడతాయి. ఈ నష్టాలు ఒక నిర్దిష్ట ఉష్ణోగ్రత వద్ద గరిష్టంగా ఉన్న ఉష్ణోగ్రత అలాగే దాని పెరుగుదలతో పెరుగుతున్న ఫ్రీక్వెన్సీపై ఆధారపడి ఉంటాయి. అందువల్ల, ఈ విద్యుద్వాహకాలను అధిక ఫ్రీక్వెన్సీ ఫీల్డ్‌లలో ఉపయోగించరు.

లక్షణాత్మకంగా, సమ్మేళనంతో కలిపిన కాగితంపై tgδ ఉష్ణోగ్రతపై ఆధారపడటం రెండు గరిష్టాలను కలిగి ఉంటుంది: మొదటిది ప్రతికూల ఉష్ణోగ్రతల వద్ద గమనించబడుతుంది మరియు ఫైబర్‌ల నష్టాన్ని వర్ణిస్తుంది, ఎలివేటెడ్ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద రెండవ గరిష్టం సమ్మేళనం యొక్క ద్విధ్రువ నష్టం కారణంగా ఉంటుంది. పోలార్ డైలెక్ట్రిక్స్‌లో ఉష్ణోగ్రత పెరగడంతో, విద్యుత్ వాహకతతో సంబంధం ఉన్న నష్టాలు పెరుగుతాయి.