Širokopásmová dielektrická spektroskopie jako moderní diagnostická technika pro hodnocení dielektrických vlastností pevných a kapalných elektroizolačních materiálů

Robert HUBAČ

Bachelor's thesis

Broadband dielectric spectroscopy as a modern diagnostic technique for evaluating the dielectric properties of solid and liquid electroinsulating materials

Abstract:

Předkládaná bakalářská práce se věnuje problematice měření dielektrik technikou zvanou širokopásmová dielektrická spektroskopie. Tuto moderní diagnostickou techniku lze zařadit na pomezí elektrotechniky, materiálového inženýrství a chemie. Jejím cílem je získání a vyhodnocení dielektrických spekter, která představují frekvenční a teplotní závislosti např. reálné a imaginární složky komplexní relativní permitivity daných materiálů. Znalosti změřených dielektrických spekter pomáhají s volbou vhodného dielektrika s ohledem na potřebu splnit požadavky z hlediska provozních teplot a frekvencí. Tuto metodu je možno též využít v rámci vývoje nových materiálů, kdy dochází úpravou jejich struktury ke změnám v dielektrických vlastnostech. V práci jsou popsány jevy odehrávající se v dielektriku po jeho vložení do elektrického pole, frekvenční a teplotní závislosti komplexní permitivity a princip širokopásmové dielektrické spektroskopie. Pro provedení měření dielektrik je využit spektrální analyzátor Novocontrol Alpha-A s aktivním elektrodovým systémem ZGS. V práci jsou předvedeny možnosti měření pevných a kapalných dielektrik pomocí zmíněného spektrálního analyzátoru. Pozornost je ve větší míře věnována porovnání dvou vybraných elektrodových systémů pro měření kapalných vzorků. Pro tyto elektrodové systémy jsou vytvořeny jejich 3D modely v softwarech Inventor a Solid Edge. V praktické části je realizováno ukázkové měření pevného dielektrika (folie z polyethyentereftalátu) a kapalného dielektrika (minerálního transformátorového oleje). Hodnoceny jsou hlavně frekvenční a teplotní závislosti reálné a imaginární složky relativní komplexní permitivity. Na základě výsledků měření minerálního oleje byl prokázán výrazný vliv použitého elektrodového systému.

Abstract:

This bachelor's thesis is focused on dielectric measurement using broadband dielectric spectroscopy method. This modern method is confined between electrical engineering, materials science and chemistry field. Its aim is to obtain and evaluate dielectric spectra, which represents frequency and temperature dependences of real and imaginary parts of complex relative permittivity of given materials. Understanding of dielectric spectra helps with the selection of a suitable dielectric material in order to fulfill its purposes in terms of operating temperatures and frequencies. This method can also be used in the development of new materials when adjustments in their structure leads to changes in dielectric properties. This thesis describes the phenomena occurring in the dielectric after its insertion into the electric field, the frequency and temperature dependence of the complex permittivity and the principle of broadband dielectric spectroscopy. In order to measure dielectrics, Novocontrol Alpha-A spectrum analyzer in combination with ZGS active sample cell is employed. This thesis also presents the options of measuring solid and liquid dielectrics using mentioned spectrum analyzer. Attention is paid to the comparison of two selected liquid sample cells. 3D models are created for these cells with Inventor and Solid Edge software. In the experimental part, the measurement of solid dielectric (polyethylene terephthalate foil) and liquid dielectric (mineral transformer oil) is performed. The frequency and temperature dependences of the real and imaginary components of the relative complex permittivity are evaluated. Based on the results of mineral oil measurements, a significant effect of sample cell was observed.

Keywords

Dielektrická spektroskopie, dielektrické ztráty, elektrodové systémy pro měření dielektrik, frekvenční a teplotní závislost relativní permitivity, komplexní relativní permitivita, polarizace dielektrik, relaxační proces

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 7. 7. 2020

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Petr Kadlec, Ph.D.

University of West Bohemia

Faculty of Electrical Engineering

Bachelor programme / field:
Electrical Engineering and Informatics / Electronics and Telecommunications