Какви са диелектричните свойства на изолиращите материали?

Какви са диелектричните свойства на изолиращите материали?

Дефиниция на диелектрик

Диелектрик е материал, който не провежда електричество, но може да съхранява електрична енергия, подобрявайки функционалността на устройства като кондензатори.

Напрежение на пробив

Диелектричният материал има само няколко електрона в нормални условия на работа. Когато електричната напрегнатост се увеличи над определена стойност, това води до пробив. Това означава, че изолиращите свойства са повредени и материалът в крайна сметка става проводник. Електричната напрегнатост в момента на пробив се нарича напрежение на пробив или диелектрична напрегнатост. Тя може да бъде изразена като минимален електрически стрес, който ще доведе до пробив на материала при определени условия.

Тя може да бъде намалена от стареене, висока температура и влага. Тя се дава като:

Диелектрична напрегнатост или напрежение на пробив 

V→ Напрежение на пробив.

t→ Дебелина на диелектричния материал.

Относителна диелектрична проницаемост

Тя се нарича също специфична индуктивна капацитет или диелектрична константа. Това ни дава информация за капацитета на кондензатора, когато се използва диелектрик. Обозначава се с εr. Капацитетът на кондензатора е свързан с разстоянието между пластините или можем да кажем дебелината на диелектриците, поперечното сечение на пластините и характеристиките на използвания диелектричен материал. Диелектричен материал с висока диелектрична константа е предпочитан за кондензатори.

Относителна диелектрична проницаемост или диелектрична константа = 

Можем да видим, че ако заместим въздуха със всяко диелектрично средство, капацитетът (кондензатор) ще се подобри.Диелектричната константа и диелектричната напрегнатост на някои диелектрични материали са дадени по-долу.

Фактор на разсейване, ъгъл на загуба и фактор на мощност

Когато диелектричен материал е подключен към алтернативен ток, не се използва мощност. Това се постига перфектно само в вакуум и очистени газове. Тук можем да видим, че зареждащият ток ще предвари приложено напрежение с 90o, както е показано на фигура 2А. Това означава, че няма загуба на мощност в изолаторите. Но в повечето случаи, има разсейване на енергия в изолаторите, когато се прилага алтернативен ток. Тази загуба се нарича диелектрична загуба. В практически изолатори, теченият ток никога не предварява приложено напрежение с 90o (фигура 2B). Угълът, образуван от теченият ток, е фазовият ъгъл (φ). Той винаги ще бъде по-малък от 90. Ще получим и ъгъла на загуба (δ) като 90- φ.

Еквивалентната схема е показана по-долу с капацитет и резистор, подредени успоредно.

От това ще получим диелектричната загуба на мощност като:

X → Капацитивен реактанц (1/2πfC)

cosφ → sinδ

В повечето случаи, δ е малък. Затова можем да приемем, че sinδ = tanδ.

Затова tanδ се нарича фактор на мощност на диелектриците.

Разбирането на свойствата на диелектричните материали е важно за проектирането, производството, експлоатацията и рециклирането на тези изолатори, с оценки, които обикновено се правят чрез изчисления и измервания.