DİELEKTRİK ÖZELLİKLERee.istanbul.edu.tr/uploads/dersnotlari/9019-3.Dielektrik.pdf · DİELEKTRİK ÖZELLİKLER ! Yalıtkan madde ile tarif edilen malzemeler düşük iletkenliğe

07.03.2012

Yüksek Gerilim Tekniği 2 1

07.03.2012 Yüksek Gerilim Tekniği 2 1

ENERJİ HATLARINDA ÇAPRAZLAMA

! Uzun mesafeli enerji taşıma hatlarında iletkenler belirli mesafelerde (L/3) çaprazlanarak direğe monte edilirler.

! Çaprazlama yapılmadığı durumlarda: 1.  Fazların reaktans ve kapasiteleri birbirine eşit olmaz. 2.  Hat sonunda faz gerilimleri eşit olmaz. 3.  Çevrede bulunan haberleşme sistemleri daha fazla etkilenir. 4.  Tek eşdeğer devre ile çalışma imkanı olmaz.

A

A A B B

B

C

C C


DİELEKTRİK ÖZELLİKLER

! Elektrik alanların ölçümünde ve yalıtkanların sınıflandırılmasında rol oynayan başlıca etkenler:

! İletkenlik ! Kayıp faktörü ! Dielektrik katsayısı

07.03.2012




! Yüzey direnci (surface resistance) ! Sızıntı akımı (leakage current) ! Hidrofobik özellikler (hydrophobic) Tüm bu özellikler yüzeyin durumunu belirler ve

malzemenin yapısına etkileri azdır.


DİELEKTRİK ÖZELLİKLER ! Yalıtkan madde ile tarif edilen malzemeler düşük

iletkenliğe sahip maddelerdir.

Gazlar ideal dielektrik özelliklere sahiptirler

Düşük iletkenlik katsayısı, sabit dielektrik katsayısı (εr~1), düşük kayıp faktörü

Sıvı ve katı dielektrikler İletkenlik katsayısı (3-6),

dielektrik katsayısı (2-7)

07.03.2012




! Dielektrik ! İletkenlik katsayıları ! Kayıp faktörü

Sıcaklık

Frekans

Zaman

Ø Kayıplar sıcaklıkla artar.

Ø AC’de kayıplar DC’den yüksektir.

DİELEKTRİK KAYIP ! Dielektrik malzemelerde toplam kayıp, 4 tür kaybın

bileşiminden oluşur! ! 1. İletim kaybı (PR): alana maruz bırakıldığında ara kesit

yüzeylerinde dielektrik malzemeler arası yük dengesi kurulana kadar ortaya çıkan kayıplardır. Kaçak akımların yol açtığı kayıptır; yalıtkan malzemenin direncinden ve üzerinden geçen akımdan kaynaklanır.


07.03.2012


DİELEKTRİK KAYIP ! 2. Histerezis kaybı (PH): Genellikle mükemmel bir yalıtkan

dielektrik kaybı fazla bir malzeme ile birlikte kullanılır. (gaz-katı vb..) Birbirine temas eden birden fazla yalıtkan malzemenin elektrik alan altında dielektrikler arası yük dengesi kurulana kadar gerçekleşen yük hareketine bağlı kayıplardır.

! 3. Polarizasyon kaybı (PP): AC gerilim altında dipol

moleküllerin kutuplarının uygulanan alanın zıt kutbuna doğru yönlenme hareketinden meydana gelen kayıplardır.


DİELEKTRİK KAYIP ! Düşük frekanslarda dipoller faz kaybı olmadan AC alanı takip

ederler; frekans artınca sürtünme kaybı artar ve dipol hareketi alanın gerisinde kalır.

! Frekansın artması durumunda dipoller alanı takip edemez ve kayıplar düşer!


07.03.2012


DİELEKTRİK KAYIP

! 4. İyonlaşma kaybı (Pi): Yalıtkan bir ortamda kısmi boşalmaların yol açtığı kayıptır. (korona kaybı, vs..)

! İyonizasyon gerilimine ulaşılınca boşalımların sayısı ve büyüklüğüne bağlı olarak kayıplar artar. Bu tip kayıpları belirlemek amacıyla gerilim değeri değiştirilir.



DİELEKTRİK SABİT ! Pozitif ve negatif yükler

yüksek elektrik alan altında itilirler. Polarizasyon mekanizmaları:

! Negatif elektron yığınının pozitif çekirdek karşısında itilmesi (elektron polarizasyonu)

! Farklı yükler taşıyan atomların itilmesi sonucu moleküllerin deformasyonu (atom polarizasyonu)

07.03.2012



DİELEKTRİK SABİT ! Farklı yüklenmiş kristal ağ

elemanlarının itilmesi sonucu (ağ polarizasyonu)

! Polar molekül gruplarının yönlendirilmesi sonucu (oryantasyon polarizasyonu)


DİELEKTRİK SABİT ! Oryantasyon veya ağ

polarizasyonu oluşturan maddelerin dielektrik katsayısı yaklaşık olarak ‘2’ civarındadır.

! Kompleks ve güçlü polarize edilebilir yapıya sahip organik yalıtkanların ise yüksek dielektrik sabitleri (εr~7, oryantasyon pol.) vardır.

! Birçok inorganik madde ise ağ polarizasyonu nedeniyle yüksek dielektrik sabitlere ulaşır (εr~10)

07.03.2012



DİELEKTRİK SABİT ! Farklı dielektrik yalıtkanlardan oluşan trafo veya

kapasitörlerde sınır alanlar meydana gelir ve bu bölgelerde yüklerin yoğunlaşma olayına ‘sınır alanı polarizasyonu’ denir.


KAPASİTE İLE DİELEKTRİK SABİT VE KAYIPLARIN ÖLÇÜMÜ ! Yalıtkan malzemeler ideal olmadıkları için, içlerinden

az da olsa akım geçer. Bu akımlar sistemde ısı şeklinde kayıplara yol açarlar. Yalıtkan üzerinde biriken kir, toz, tuz, v.b. maddeler bu kayıpları arttırırlar. Bu kayıplar iki devre ile temsil edilebilir.

07.03.2012



KAPASİTE İLE DİELEKTRİK SABİT VE KAYIPLARIN ÖLÇÜMÜ δ: Kayıp açısı tan δ: Kayıp faktörü Cosφ: Güç faktörü Paralel eşdeğer devrede:

UCCU

ZUI p

ppC ..

/1ω

ω===

pr RUI =


KAPASİTE İLE DİELEKTRİK SABİT VE KAYIPLARIN ÖLÇÜMÜ

Kayıp faktörü: Kayıp güç:

ppp

p

c

r

RCUCRU

II

..1

../

tanωω

δ ===

2.tan..tan....tan... UCUCUIUIUP ppcr δωδωδ ====

07.03.2012




Seri eşdeğer devrede:

Kayıp faktörü:

sc C

IU.ω

= IRU sr .=

sss

s

c

r RCCIIR

UU ..

./.tan ω

ωδ ===



Kayıp güç: 2.tan...tan.... cscScr UCUCUUIP δωδω ===

δcos.UUc =δ

ϕ2tan1

1cos+

=

222

2 .tan1tan..

tan11..tan.. UCUC s

s ⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛+

=+ δ

δωδ

δω

07.03.2012




Eşdeğer devre parametreleri belirlenirse, kayıp gücü ifade ederken ,

parametresi belirlenebilir. Bu amaçla ‘Shering Köprüsü’

kullanılır.

ps CC ).tan1( 2 δ+=

( )2.UKP =



07.03.2012




Köprünün E1 ve E2 elektrodları arasına deney cismi yerleştirilir, akım sıfırı gösterene kadar R3 ve C4

ayarlanır. Akım sıfırı gösterince (denge) ‘b’ ve ‘d’ eş potansiyelli olur.

adab UU = dcbc UU = 41 II = 32 II =

dc

ad

bc

ab

ZZ

ZZ

=



1.1C

Zab ω=

44

4

1

44 ..1./111

CRR

CRZbc ωω +

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

−

xxad CRZ

.1

ω+= 3RZdc =

07.03.2012




⇒+

=+ 3444

1 .1

..1/./1

RC

R

CRRC x

x ωωω

341

44

..1..

....1

RCCR

RCCR

x

xx

ωω

ωω +

=+

41413443 .......... RCRCCRRCCRRC xxxx +=+⇒ ωω

3

41. RRCCC xs ==

1

43

41

344 ......

CCRR

RCCRCCR

RR xX

xxS =⇒==

sS RC ..tan ωδ ≈


KAPASİTE İLE DİELEKTRİK SABİT VE KAYIPLARIN ÖLÇÜMÜ Belirli bir frekans için:

belirlenir. Deney cismi çıkarılır, dengeye getirilir:

⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛+

=⇒δδω

δ 2tan1tan..tan sCK

rxh

x

h

s

CC

εεε

⇒=

Documents

DİELEKTRİK ÖZELLİKLERee.istanbul.edu.tr/uploads/dersnotlari/9019-3.Dielektrik.pdf · DİELEKTRİK ÖZELLİKLER ! Yalıtkan madde ile tarif edilen malzemeler düşük iletkenliğe