অন্তরণ এর অস্তরক শক্তি. গণনার উদাহরণ

একটি অস্তরক (ইনসুলেশন) দ্বারা পৃথক কন্ডাক্টরগুলির মধ্যে ভোল্টেজ U এর ধীরে ধীরে বৃদ্ধির সাথে, উদাহরণস্বরূপ, ক্যাপাসিটর প্লেট বা তারের তারের পরিবাহী, অস্তরক ক্ষেত্রে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের তীব্রতা (শক্তি) বৃদ্ধি পায়। ডাইইলেকট্রিকের মধ্যে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তিও তারের মধ্যে দূরত্ব কমে যাওয়ার সাথে সাথে বৃদ্ধি পায়।

একটি নির্দিষ্ট ক্ষেত্রের শক্তিতে, ডাইলেকট্রিকে একটি ভাঙ্গন ঘটে, একটি স্পার্ক বা চাপ তৈরি হয় এবং সার্কিটে একটি বৈদ্যুতিক প্রবাহ দেখা দেয়। যে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তিতে নিরোধক ভাঙ্গন ঘটে তাকে নিরোধকের বৈদ্যুতিক শক্তি Epr বলা হয়।

অস্তরক শক্তি প্রতি মিমি অন্তরণ পুরুত্বের ভোল্টেজ হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয় এবং V/mm (kV/mm) বা kV/cm এ পরিমাপ করা হয়। উদাহরণস্বরূপ, মসৃণ প্লেটের মধ্যে বাতাসের অস্তরক শক্তি 32 কেভি / সেমি।

যখন কন্ডাকটরগুলি প্লেট বা স্ট্রিপ আকারে সমান ফাঁক দিয়ে আলাদা করা হয় (উদাহরণস্বরূপ, একটি কাগজের ক্যাপাসিটরে) তখন একটি অস্তরক ক্ষেত্রে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি সূত্র দ্বারা গণনা করা হয়

E = U/d,

যেখানে U হল তারের মধ্যে ভোল্টেজ, V (kV); d — অস্তরক স্তরের পুরুত্ব, মিমি (সেমি)।

উদাহরন স্বরুপ

1. প্লেটগুলির মধ্যে 3 সেমি পুরু বায়ু ব্যবধানে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি কত হবে যদি তাদের মধ্যে ভোল্টেজ U = 100 kV (চিত্র 1) হয়?

ভাত। 1.

বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি হল: E = U / d = 100000/3 = 33333 V / cm।

এই ধরনের ভোল্টেজ বাতাসের অস্তরক শক্তি (32 কেভি / সেমি) অতিক্রম করে এবং ধ্বংসের ঝুঁকি থাকে।

DC ক্ষতির ঝুঁকি রোধ করা যেতে পারে ব্যবধান বাড়িয়ে, উদাহরণস্বরূপ, 5 সেমি, বা বাতাসের পরিবর্তে অন্য, শক্তিশালী নিরোধক ব্যবহার করে, যেমন বৈদ্যুতিক কার্ডবোর্ড (চিত্র 2)।

ভাত। 2.

বৈদ্যুতিক কার্ডবোর্ডের একটি অস্তরক ধ্রুবক ε = 2 এবং একটি অস্তরক শক্তি 80,000 V/cm। আমাদের ক্ষেত্রে, ইনসুলেশনের বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি 33333 V। বায়ু এই শক্তিকে সহ্য করতে পারে না, যখন বৈদ্যুতিক কার্ডবোর্ডে এই ক্ষেত্রে 80,000/33333 = 2.4 এর অস্তরক শক্তির রিজার্ভ থাকে, যেহেতু বৈদ্যুতিক বাক্সের অস্তরক শক্তি 80,000/32,000 = বাতাসের 2.5 গুণ।

2. 3 মিমি পুরু ক্যাপাসিটরের ডাইইলেকট্রিকের বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি কত হবে যদি ক্যাপাসিটরটি একটি ভোল্টেজ U = 6 kV এর সাথে সংযুক্ত থাকে?

E = U / d = 6000 / 0.3 = 20000 V / cm।

3. 2 মিমি পুরুত্বের একটি ডাইলেকট্রিক 30 কেভি ভোল্টেজে ভেঙে যায়। এর বৈদ্যুতিক শক্তি কি ছিল?

E = U / d = 30,000 / 0.2 = 150,000 V / cm = 150 kV / cm। কাচের এমন বৈদ্যুতিক শক্তি রয়েছে।

4. ক্যাপাসিটরের প্লেটের মধ্যবর্তী স্থানটি বৈদ্যুতিক কার্ডবোর্ডের স্তর এবং একই পুরুত্বের অভ্রের একটি স্তর দিয়ে ভরা (চিত্র 3)। ক্যাপাসিটরের প্লেটের মধ্যে ভোল্টেজ হল U = 10000 V। বৈদ্যুতিক কার্ডবোর্ডে একটি অস্তরক ধ্রুবক ε1 = 2 এবং mica ε2 = 8 আছে।ইনসুলেশনের স্তরগুলির মধ্যে ভোল্টেজ U কীভাবে বিতরণ করা হবে এবং পৃথক স্তরগুলিতে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের কী তীব্রতা থাকবে?

ভাত। 3.

একই পুরুত্বের অস্তরক স্তর জুড়ে U1 এবং U2 ভোল্টেজ সমান হবে না। ক্যাপাসিটরের ভোল্টেজ U1 এবং U2 ভোল্টেজে বিভক্ত হবে, যা অস্তরক ধ্রুবকগুলির বিপরীতভাবে সমানুপাতিক হবে:

U1 / U2 = ε2 / ε1 = 8/2 = 4/1 = 4;

U1 = 4 ∙ U2।

যেহেতু U = U1 + U2, আমাদের কাছে দুটি অজানা সমীকরণ রয়েছে।

প্রথম সমীকরণটিকে দ্বিতীয়টিতে প্রতিস্থাপন করুন: U = 4 ∙ U2 + U2 = 5 ∙ U2।

অতএব, 10000 V = 5 ∙ U2; U2 = 2000 V; U1 = 4, U2 = 8000V।

যদিও অস্তরক স্তর একই পুরুত্ব, তারা সমানভাবে চার্জ করা হয় না. একটি উচ্চতর অস্তরক ধ্রুবক কম লোড হয় (U2 = 2000 V) এবং তদ্বিপরীত (U1 = 8000 V)।

অস্তরক স্তরে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি E এর সমান:

E1 = U1 / d1 = 8000 / 0.2 = 40,000 V / cm;

E2 = U2 / d2 = 2000 / 0.2 = 10000 V / cm।

অস্তরক ধ্রুবকের পার্থক্য বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি বৃদ্ধির দিকে পরিচালিত করে। যদি পুরো ফাঁকটি শুধুমাত্র একটি ডাইইলেক্ট্রিক দিয়ে ভরা হয়, উদাহরণস্বরূপ, মাইকা বা বৈদ্যুতিক কার্ডবোর্ড, বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি কম হবে, কারণ এটি ফাঁকে মোটামুটি সমানভাবে বিতরণ করা হবে:

E = U / d = (U1 + U2) / (d1 + d2) = 10000 / 0.4 = 25000 V / cm।

তাই খুব ভিন্ন অস্তরক ধ্রুবক সহ জটিল নিরোধক ব্যবহার এড়ানো প্রয়োজন। একই কারণে, নিরোধকের মধ্যে বায়ু বুদবুদ তৈরি হলে ব্যর্থতার ঝুঁকি বেড়ে যায়।

5. পূর্ববর্তী উদাহরণ থেকে ক্যাপাসিটর ডাইলেকট্রিকের বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি নির্ধারণ করুন যদি অস্তরক স্তরগুলির বেধ একই না হয়।বৈদ্যুতিক বোর্ডের পুরুত্ব d1 = 0.2 মিমি এবং মিকা d2 = 3.8 মিমি (চিত্র 4)।

ভাত। 4.

বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি অস্তরক ধ্রুবকগুলির বিপরীতভাবে সমানুপাতিকভাবে বিতরণ করা হবে:

E1 / E2 = ε2 / ε1 = 8/2 = 4।

যেহেতু E1 = U1 / d1 = U1 / 0.2 এবং E2 = U2 / d2 = U2 / 3.8, তাহলে E1 / E2 = (U1 / 0.2) / (U2 / 3.8) = (U1 ∙ 3.8) / (0.2 ∙ U2) = 19 ∙ U1 / U2।

অতএব E1/E2 = 4 = 19 ∙ U1/U2, অথবা U1/U2 = 4/19।

অস্তরক স্তরে U1 এবং U2 ভোল্টেজের যোগফল উৎস ভোল্টেজ U এর সমান: U = U1 + U2; 10000 = U1 + U2।

যেহেতু U1 = 4/19 ∙ U2, তারপর 10000 = 4/10 ∙ U2 + U2 = 23/19 ∙ U2; U2 = 190,000 /23 = 8260 V; U1 = U-U2 = 1740V।

মাইকার বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি হল E2 ∙ 8260 / 3.8≈2174 V / cm।

মাইকার বৈদ্যুতিক শক্তি 80,000 V/mm এবং এই ধরনের ভোল্টেজ সহ্য করতে পারে।

বৈদ্যুতিক কার্ডবোর্ডে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি হল E1 = 1740 / 0.2 = 8700 V / mm।

বৈদ্যুতিক কার্ডবোর্ড এই জাতীয় ভোল্টেজ সহ্য করবে না, যেহেতু এর অস্তরক শক্তি মাত্র 8000 V / মিমি।

6. 60,000 V এর একটি ভোল্টেজ দুটি ধাতব প্লেটের সাথে 2 সেন্টিমিটার দূরত্বে সংযুক্ত থাকে। বাতাসের ফাঁকে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি নির্ধারণ করুন, সেইসাথে বাতাসে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি নির্ধারণ করুন এবং ফাঁকে গ্লাস থাকলে একটি প্লেট সন্নিবেশ করান 1 সেমি পুরুত্ব (চিত্র 5)।

ভাত। 5.

যদি প্লেটগুলির মধ্যে শুধুমাত্র বায়ু থাকে, তবে এতে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি সমান: E = U / d = 60,000 /2 = 30,000 V / cm।

ক্ষেত্রের শক্তি বায়ুর অস্তরক শক্তির কাছাকাছি।যদি একটি গ্লাস প্লেট 1 সেমি পুরু (গ্লাস অস্তরক ধ্রুবক ε2 = 7) ফাঁকে প্রবর্তন করা হয়, তাহলে E1 = U1 / d1 = U1 / 1 = U1; E2 = U2 / d2 = U2 / 1 = U2; E1 / E2 = ε2 / ε1 = 7/1 = U1 / U2;

U1 = 7 ∙ U2; U1 = 60,000-U2; 8 ∙ U2 = 60,000; U2 = 7500 V; E2 = U2 / d2 = 7500 V/cm.

গ্লাসে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি হল E2 = 7.5 kV/cm, এবং এর বৈদ্যুতিক শক্তি হল 150 kV/cm।

এই ক্ষেত্রে, কাচের একটি 20-গুণ নিরাপত্তা ফ্যাক্টর আছে।

বায়ু ফাঁকের জন্য আমাদের আছে: U1 = 60,000-7500 = 52500 V; E1 = U1 / d1 = 52500 V/cm.

এই ক্ষেত্রে, বাতাসের ফাঁকে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি কাচ ছাড়াই প্রথমটির চেয়ে বেশি। গ্লাস ঢোকানোর পরে, পুরো সংমিশ্রণে একা বাতাসের চেয়ে কম শক্তি থাকে।

কাচের প্লেটের পুরুত্ব পরিবাহী প্লেটের মধ্যকার ফাঁকের সমান হলে ভাঙার ঝুঁকিও দেখা দেয়, যেমন 2 সেমি, কারণ সেখানে অনিবার্যভাবে পাতলা বাতাসের ফাঁক থাকবে যা পাংচার হবে।

উচ্চ-ভোল্টেজ কন্ডাক্টরের মধ্যে ব্যবধানের অস্তরক শক্তিকে এমন উপকরণ দিয়ে শক্তিশালী করতে হবে যেগুলির একটি কম অস্তরক ধ্রুবক এবং একটি উচ্চ অস্তরক শক্তি আছে, উদাহরণস্বরূপ, ε = 2 সহ বৈদ্যুতিক কার্ডবোর্ড। একটি উচ্চ অস্তরক ধ্রুবক (গ্লাস) সহ পদার্থের সংমিশ্রণ এড়িয়ে চলুন , চীনামাটির বাসন) এবং বায়ু, যা তেল দিয়ে প্রতিস্থাপিত করা আবশ্যক।