Hvad er dielektriske egenskaber af isolerende materialer?

Hvad er dielektriske egenskaber af isolerende materialer?

Dielktrisk definition

En dielektrik er defineret som et materiale, der ikke ledere elektricitet, men kan opbevare elektrisk energi, hvilket forbedrer funktionaliteten af enheder som kondensatorer.

Brudspænding

Dielktrisk materiale har kun nogle få elektroner under normale driftsforhold. Når elektrisk styrke øges over en bestemt værdi, følger det med en brud. Dvs. at de isolerende egenskaber bliver skadet, og det endeligt bliver en leder. Den elektriske feltstyrke ved bruddet kaldes brudspænding eller dielktrisk styrke. Det kan udtrykkes som den mindste elektriske spænding, der vil føre til brud af materialet under visse forhold.

Den kan reduceres ved aldring, høj temperatur og fugt. Den er givet som:

Dielktrisk styrke eller Brudspænding

V → Brudpotentiale.

t → Tykkelse af det dielktriske materiale.

Relativ permittivitet

Det kaldes også specifik induktiv kapacitet eller dielektrisk konstant. Dette giver os information om kapacitancen af en kondensator, når et dielktrisk materiale anvendes. Det betegnes som εr. Kapacitancen af en kondensator er relateret til afstanden mellem pladerne, eller vi kan sige tykkelsen af dielktrikeren, tværsnitsarealet af pladerne og karakteren af det anvendte dielktriske materiale. Et dielktrisk materiale med høj dielektrisk konstant er foretrukket for kondensatorer.

Relativ permeabilitet eller dielektrisk konstant = 

Vi kan se, at hvis vi erstatter luft med et andet dielktrisk medium, vil kapacitancen (kondensator) blive forbedret.Dielktrisk konstant og dielktrisk styrke for nogle dielktriske materialer er angivet nedenfor.

Dissipationfaktor, tabvinkel og effektfaktor

Når et dielktrisk materiale gives en AC-strøm, finder der ingen strømforsyning sted. Det er perfekt opnået kun i vakuum og renset gasser. Her kan vi se, at opladningsstrømmen vil overtage den anvendte spænding med 90o, som vist på figur 2A. Dette betyder, at der ikke er nogen strømtab i isolatorerne. Men i de fleste tilfælde er der en dissipation af energi i isolatorerne, når en alternativ strøm anvendes. Dette tab kaldes dielktrisk tab. I praktiske isolatorer vil leckagestrømmen aldrig overtage den anvendte spænding med 90o (figur 2B). Vinklen, der dannes af leckagestrømmen, er fasenvinklen (φ). Den vil altid være mindre end 90. Vi får også tabvinklen (δ) herfra som 90- φ.

Den ekvivalente kredsløb er vist nedenfor med kapacitance og resistor arrangeret parallel.

Herfra får vi dielktrisk strømtab som:

X → Kapacitiv reaktans (1/2πfC)

cosφ → sinδ

I de fleste tilfælde er δ lille. Så vi kan tage sinδ = tanδ.

Så tanδ er kendt som effektfaktoren for dielktrikere.

Forståelse af egenskaberne hos dielktriske materialer er afgørende for design, produktion, drift og genanvendelse af disse isolatorer, med vurderinger typisk foretaget gennem beregninger og målinger.