유전체손

유전체손의 정의

유전체손은 교류 전계가 유전체에 가해질 때 열로 소비되는 전력이다.

원인은 분극의 지연과 누설 전류다. 분극이 전계 변화를 따라잡지 못해 손실이 생긴다.

시험에서는 벡터도, 수식, 설비 활용을 묶어 묻는 경우가 많다.

벡터도와 손실각

교류 전압을 가하면 이상 콘덴서의 전류는 전압보다 정확히 90° 앞선다.

실제 전류는 90°보다 작은 각 θ로 앞선다. 그 부족분 δ가 손실각이다.

δ가 만드는 저항성 전류는 열로 소비되는 유효 전력을 낸다.

손실정접 tanδ는 손실 전류와 충전 전류의 비이며, 값이 작을수록 절연이 좋다.

계산 예제

주파수 60 Hz, 정전용량 1 μF, 전압 10 kV, tanδ 0.001인 절연체를 계산한다.

각주파수는 2π×60으로 377 rad/s이다. 이 값을 식에 대입한다.

10 kV는 10×10^3 V이므로 제곱하면 10^8이 된다.

손실 전력은 약 37.7 W다. 1 kV급 이상 고압 절연체의 손실로 상식 범위에 있다.

tanδ를 쓰는 이유

tanδ는 손실 전류와 충전 전류의 비로 정의되는 무차원 지표다.

작은 손실각에서는 sinδ ≈ tanδ이지만, tanδ는 무효 대비 유효 비로 직접 정의된다.

유전체손은 교번 전계에서 분극이 반복될 때 생기는 손실이다. 도체 손실과 구분해 쓴다.

tanδ = 1/(ωCR)로도 쓰며, 측정과 비교에 편리하다.

설비 활용과 한계

앞의 문제 정답은 분극 반복에 따른 에너지 손실이다.

탄델타 측정은 절연체 전체의 평균 열화를 본다. 국부 결함은 부분방전 측정과 함께 본다.

측정 한계도 분명하다. 케이블이 길면 국부 열화가 평균화되어 작게 나타난다.

판정 기준은 케이블 길이 보정과 함께 적용한다.

정리

유전체손은 교번 전계에서 분극이 반복될 때 생기는 에너지 손실이다.

손실 전력은 P = ωCV²tanδ로 구하고, tanδ가 작을수록 절연 품질이 좋다.

측정 결과는 케이블 길이와 온도 보정을 함께 적용해 해석한다.