Kaj so dielektrične lastnosti izolacijskih materialov?

Kaj so dielektrične lastnosti izolacijskih materialov?

Definicija dielektrika

Dielektrik je definiran kot material, ki ne vodi elektrike, ampak lahko shranjuje električno energijo, s čimer izboljša delovanje naprav, kot so kondenzatorji.

Napetost pri razpadu

Dielektrični material v normalnih delovnih pogojih ima le nekaj elektronov. Ko se električna moč poveča preko določene vrednosti, pride do razpada. To pomeni, da so izolacijske lastnosti poškodovane in material na koncu postane vodilnik. Električna polja moč pri razpadu se imenuje napetost pri razpadu ali dielektrična trdota. To se lahko izrazi z minimalnim električnim stresom, ki bo v nekaterih pogojih privedel do razpada materiala.

Lahko se zmanjša zaradi staranja, visokih temperatur in vlage. Podana je kot

Dielektrična trdota ali Napetost pri razpadu 

V → Potencial pri razpadu.

t → Debelina dielektričnega materiala.

Relativna permitivnost

Tudi to se imenuje specifična induktivna kapaciteta ali dielektrična konstanta. Ta nam podaja informacije o kapacitanci kondenzatorja, ko se uporablja dielektrik. Označena je z εr. Kapacitanca kondenzatorja je povezana z razmikom med ploščami ali z drugimi besedami debelino dielektrika, prečnim prerezem plošč in naravo uporabljene dielektrične snovi. Dielektrični material z visoko dielektrično konstanto je za kondenzatorje bolj želen.

Relativna permeabilnost ali dielektrična konstanta = 

Vidimo, da se, če zamenjamo zrak z katerim koli dielektričnim medijem, kapacitanca (kondenzator) izboljša.Dielektrična konstanta in dielektrična trdota nekaterih dielektričnih materialov so podani spodaj.

Faktor disipacije, kot izgub in faktor moči

Ko dielektričnemu materialu damo AC napajanje, ne pride do porabe moči. To je popolnoma doseženo le z vakuom in očiščenimi plinmi. Tukaj vidimo, da bo tok napolnjenosti operiral pred naloženo napetostjo za 90°, kar je prikazano na sliki 2A. To pomeni, da ni izgube moči v izolatorjih. Vendar v večini primerov pride do disipacije energije v izolatorjih, ko je uporabljen izmenični tok. Ta izguba se imenuje dielektrična izguba. V praktičnih izolatorjih tok izteka nikoli ne operira pred naloženo napetostjo za 90° (slika 2B). Kot, ki ga tvori tok izteka, je faza (φ). Ta bo vedno manjša od 90. Od tukaj dobimo tudi kot izgub (δ) kot 90- φ.

Ekvivalentni krog je prikazan spodaj s kapacitancami in uporniki, postavljenimi vzporedno.

Iz tega bomo dobili dielektrično izgubo moči kot

X → Kondenzatorska reaktivna upornost (1/2πfC)

cosφ → sinδ

V večini primerov je δ majhen. Zato lahko vzamemo sinδ = tanδ.

Torej, tanδ je znana kot faktor moči dielektrikov.

Razumevanje lastnosti dielektričnih materialov je ključno za načrtovanje, proizvodnjo, delovanje in recikliranje teh izolatorjev, z ocenami, ki so običajno izvedene preko izračunov in meritev.