Что такое диэлектрические свойства изоляционных материалов

Что такое диэлектрические свойства изоляционных материалов?

Определение диэлектрика

Диэлектрик определяется как материал, который не проводит электричество, но может накапливать электрическую энергию, улучшая функциональность устройств, таких как конденсаторы.

Напряжение пробоя

Диэлектрический материал имеет только некоторые электроны в нормальных условиях эксплуатации. Когда электрическая прочность увеличивается сверх определенного значения, происходит пробой. То есть, изолирующие свойства повреждаются, и материал в конечном итоге становится проводником. Электрическая напряженность поля в момент пробоя называется напряжением пробоя или диэлектрической прочностью. Это можно выразить минимальным электрическим напряжением, которое приведет к пробою материала при определенных условиях.

Оно может быть снижено старением, высокой температурой и влагой. Оно выражается как:

Диэлектрическая прочность или напряжение пробоя 

V → Напряжение пробоя.

t → Толщина диэлектрического материала.

Относительная диэлектрическая проницаемость

Также называется специфической индуктивной емкостью или диэлектрической постоянной. Это дает нам информацию о емкости конденсатора, когда используется диэлектрик. Обозначается как εr. Емкость конденсатора связана с расстоянием между пластинами, или, другими словами, толщиной диэлектриков, площадью поперечного сечения пластин и характером используемого диэлектрического материала. Диэлектрический материал с высокой диэлектрической постоянной предпочтителен для конденсаторов.

Относительная проницаемость или диэлектрическая постоянная = 

Можно заметить, что если заменить воздух любым диэлектрическим средой, емкость (конденсатор) улучшится.Диэлектрическая постоянная и диэлектрическая прочность некоторых диэлектрических материалов приведены ниже.

Фактор потерь, угол потерь и коэффициент мощности

Когда диэлектрический материал подключен к переменному току, энергия не расходуется. Это идеально достигается только в вакууме и очищенных газах. Здесь мы видим, что зарядный ток опережает приложенное напряжение на 90°, как показано на рисунке 2А. Это означает, что нет потерь мощности в изоляторах. Однако в большинстве случаев, при применении переменного тока, происходит рассеяние энергии в изоляторах. Этот вид потерь называется диэлектрическими потерями. В реальных изоляторах ток утечки никогда не опережает приложенное напряжение на 90° (рисунок 2Б). Угол, образованный током утечки, является фазовым углом (φ). Он всегда меньше 90°. Мы также можем получить угол потерь (δ) как 90- φ.

Эквивалентная схема показана ниже с конденсатором и резистором, соединенными параллельно.

Из этого мы получим диэлектрические потери мощности как

X → Емкостное сопротивление (1/2πfC)

cosφ → sinδ

В большинстве случаев δ мал. Поэтому мы можем принять sinδ = tanδ.

Поэтому tanδ известен как коэффициент мощности диэлектриков.

Понимание свойств диэлектрических материалов важно для проектирования, производства, эксплуатации и утилизации этих изоляторов, оценки обычно производятся через расчеты и измерения.