Hva er dielektriske egenskaper til isolerende materialer?

Hva er dielektriske egenskaper til isolerende materialer?

Dielektrisk definisjon

En dieletrikum defineres som et materiale som ikke ledet elektrisitet, men kan lagre elektrisk energi, noe som forbedrer funksjonaliteten til enheter som kondensatorer.

Brytpunktspenning

Dielektrisk materiale har bare noen få elektroner under vanlige driftsforhold. Når elektriske styrken økes over en bestemt verdi, fører dette til bryting. Det vil si at de isolerende egenskapene blir skadet, og det blir til slutt en leder. Den elektriske feltstyrken ved bryting kalles brytpunktspenning eller dielektrisk styrke. Den kan uttrykkes som den minste elektriske spenningen som vil føre til bryting av materialet under visse forhold.

Den kan reduseres av aldring, høy temperatur og fukt. Den gis som

Dielektrisk styrke eller brytpunktspenning 

V→ Brytpotensial.

t→ Tykkelse på dielektrisk materiale.

Relativ permittivitet

Det kalles også spesifikk induktiv kapasitet eller dielektrisk konstant. Dette gir oss informasjon om kapasitansen til en kondensator når dieletrikum brukes. Det betegnes som εr. Kapasitansen til en kondensator er relatert til separasjonen av plater, eller vi kan si tykkelsen av dielektrikum, krysset snittareal av platene og karakteren av det brukte dielektriske materialet. Et dielektrisk materiale med høy dielektrisk konstant er foretrukket for kondensatorer.

Relativ permeabilitet eller dielektrisk konstant = 

Vi kan se at hvis vi erstatter luft med et annet dielektrisk medium, vil kapasitansen (kondensatoren) bli forbedret.Dielektrisk konstant og dielektrisk styrke for noen dielektriske materialer er oppført nedenfor.

Dissipasjonsfaktor, tapsvinkel og effektfaktor

Når et dielektrisk materiale får strøm fra en AC-kilde, foregår det ingen effektutnyttelse. Dette oppnås kun perfekt av vakuum og renset gass. Her kan vi se at ladestrømmen vil føre den anvendte spenningen med 90o, som vist i figur 2A. Dette betyr at det ikke er noen effektforbruk i isolatorer. Men i de fleste tilfeller, er det en dissipasjon av energi i isolatorer når alternativ strøm anbringes. Dette tapet kalles dielektrisk tap. I praktiske isolatorer, vil lekkestrømmen aldri føre den anvendte spenningen med 90o (figur 2B). Vinkelen dannet av lekkestrømmen er fasen (φ). Den vil alltid være mindre enn 90. Vi vil også få tapsvinkelen (δ) herfra som 90- φ.

Den ekvivalente kretsen er vist nedenfor med kapasitans og motstand organisert parallelt.

Herfra vil vi få dielektrisk effektspenning som

X → Kapasitiv reaktivitetsmotstand (1/2πfC)

cosφ → sinδ

I de fleste tilfeller, er δ liten. Så vi kan ta sinδ = tanδ.

Så, tanδ er kjent som effektfaktor for dielektrika.

Forståelsen av dielektriske materialegenskaper er viktig for design, produksjon, drift og gjenbruk av disse isolatorer, med vurderinger typisk gjort gjennom beregninger og målinger.