Was sind die dielektrischen Eigenschaften von Isoliermaterialien?

Was sind die dielektrischen Eigenschaften von Isoliermaterialien?

Dielektrische Definition

Ein Dielektrikum ist definiert als ein Material, das keinen elektrischen Strom leitet, aber elektrische Energie speichern kann, wodurch die Funktionalität von Geräten wie Kondensatoren verbessert wird.

Zerstörungsspannung

Das dielektrische Material enthält nur einige Elektronen unter normalen Betriebsbedingungen. Wenn die elektrische Spannung einen bestimmten Wert überschreitet, führt dies zu einer Zerstörung. Das bedeutet, dass die isolierenden Eigenschaften beschädigt werden und es schließlich zu einem Leiter wird. Die elektrische Feldstärke zum Zeitpunkt der Zerstörung wird als Zerstörungsspannung oder dielektrische Festigkeit bezeichnet. Sie kann durch die minimale elektrische Spannung ausgedrückt werden, die zur Zerstörung des Materials unter bestimmten Bedingungen führt.

Sie kann durch Alterung, hohe Temperaturen und Feuchtigkeit reduziert werden. Sie wird wie folgt angegeben:

Dielektrische Festigkeit oder Zerstörungsspannung

V → Zerstörungspotential.

t → Dicke des dielektrischen Materials.

Relative Permittivität

Es wird auch als spezifische induktive Kapazität oder dielektrische Konstante bezeichnet. Dies gibt uns Informationen über die Kapazität eines Kondensators, wenn ein Dielektrikum verwendet wird. Es wird mit εr bezeichnet. Die Kapazität des Kondensators hängt mit dem Abstand der Platten, also der Dicke der Dielektrika, der Querschnittsfläche der Platten und den Eigenschaften des verwendeten dielektrischen Materials zusammen. Ein dielektrisches Material mit hoher dielektrischer Konstante ist für Kondensatoren bevorzugt.

Relative Permeabilität oder dielektrische Konstante = 

Wir können sehen, dass, wenn wir Luft durch ein beliebiges dielektrisches Medium ersetzen, die Kapazität (Kondensator) verbessert wird.Die dielektrische Konstante und die dielektrische Festigkeit einiger dielektrischer Materialien sind unten aufgeführt.

Verlustfaktor, Verlustwinkel und Leistungsfaktor

Wenn einem dielektrischen Material eine Wechselstromversorgung zugeführt wird, findet keine Energieverwendung statt. Dies wird nur vollständig in Vakuum und gereinigten Gasen erreicht. Hier sehen wir, dass der Ladestrom die angewendete Spannung um 90° übersteigt, was in Abbildung 2A gezeigt wird. Dies impliziert, dass es keinen Energieverlust in Isolatoren gibt. In den meisten Fällen gibt es jedoch einen Energieverlust in den Isolatoren, wenn Wechselstrom angewendet wird. Dieser Verlust wird als dielektrischer Verlust bezeichnet. Bei praktischen Isolatoren führt der Leckstrom die angewendete Spannung nie um 90° (Abbildung 2B). Der Winkel, den der Leckstrom bildet, ist der Phasenwinkel (φ). Er ist immer kleiner als 90°. Wir erhalten auch den Verlustwinkel (δ) daraus als 90- φ.

Der äquivalente Schaltkreis wird unten mit Kapazität und Widerstand parallel angeordnet dargestellt.

Daraus ergibt sich der dielektrische Leistungsverlust als

X → kapazitiver Blindwiderstand (1/2πfC)

cosφ → sinδ

In den meisten Fällen ist δ klein. Daher können wir sinδ = tanδ annehmen.

Daher wird tanδ als Leistungsfaktor der Dielektrika bezeichnet.

Das Verständnis der Eigenschaften von dielektrischen Materialien ist entscheidend für die Gestaltung, Herstellung, Betrieb und Recycling dieser Isolatoren, wobei die Bewertungen in der Regel durch Berechnungen und Messungen erfolgen.