Dielektrische Eigenschaften von Isoliermaterialien (Formel & Konstante)

Wir können zunächst die Beschreibung der dielektrischen Materialien durchgehen. Diese leiten tatsächlich keinen Strom. Sie sind Isolatoren mit sehr geringer elektrischer Leitfähigkeit. Daher müssen wir den Unterschied zwischen dielktrischem Material und Isoliermaterial kennen. Der Unterschied besteht darin, dass Isolatoren den Fluss des Stromes blockieren, während dielektische Materialien elektrische Energie speichern. In Kondensatoren fungieren sie als elektrische Isolatoren.

Als Nächstes kommen wir zum Thema. Die dielektrischen Eigenschaften von Isolation umfassen die Durchschlagspannung oder dielektrische Festigkeit, dielektrische Parameter wie Permittivität, Leitfähigkeit, Verlustwinkel und Leistungsgrad. Andere Eigenschaften beinhalten elektrische, thermische, mechanische und chemische Parameter. Wir können die Hauptmerkmale im Detail unten besprechen.

Dielektrische Festigkeit oder Durchschlagspannung

Das dielektrische Material hat nur einige Elektronen unter normalen Betriebsbedingungen. Wenn die elektrische Spannung über einen bestimmten Wert hinaus erhöht wird, führt dies zu einem Durchschlag. Das bedeutet, dass die isolierenden Eigenschaften beschädigt werden und es schließlich ein Leiter wird. Die elektrische Feldstärke beim Durchschlag wird als Durchschlagspannung oder dielektrische Festigkeit bezeichnet. Sie kann in der minimalen elektrischen Spannung ausgedrückt werden, die unter bestimmten Bedingungen zu einem Durchschlag des Materials führt.

Sie kann durch Alterung, hohe Temperaturen und Feuchtigkeit verringert werden. Es wird gegeben als
Dielektrische Festigkeit oder Durchschlagspannung =
V → Durchschlagpotential.
t → Dicke des dielektrischen Materials.
Relative Permittivität
Diese wird auch als spezifische induktive Kapazität oder dielektrische Konstante bezeichnet. Dies gibt uns Informationen über die Kapazität des Kondensators, wenn das dielektrische Material verwendet wird. Sie wird als εr bezeichnet. Die Kapazität des Kondensators ist mit dem Abstand der Platten oder, anders gesagt, der Dicke der Dielektrika, dem Querschnittsflächeninhalt der Platten und dem Charakter des verwendeten dielektrischen Materials verbunden. 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 (des Kondensators) verbessert wird. Die dielektrische Konstante und die dielektrische Festigkeit einiger dielektrischer Materialien sind unten aufgeführt.

Tabelle Nr. 1

Verlustfaktor, Verlustwinkel und Leistungsfaktor

Wenn ein dielektrisches Material einer Wechselstromversorgung ausgesetzt wird, findet keine Energieaufnahme statt. Dies wird nur vollkommen in Vakuum und gereinigten Gasen erreicht. Hier können wir sehen, dass der Ladestrom die angewandte Spannung um 90° übersteigt, was in Abbildung 2A dargestellt ist. Dies bedeutet, dass es in Isolatoren keinen Energieverlust gibt. In den meisten Fällen gibt es jedoch eine Energieabgabe in den Isolatoren, wenn Wechselstrom angelegt wird. Dieser Verlust wird als dielektrischer Verlust bezeichnet. Bei praktischen Isolatoren wird der Leckstrom die angewandte Spannung niemals um 90° übersteigen (Abbildung 2B). Der Winkel, den der Leckstrom bildet, ist der Phasenwinkel (φ). Er wird immer kleiner als 90 sein. Wir erhalten auch den Verlustwinkel (δ) daraus als 90 - φ.

Der äquivalente Schaltkreis mit Kapazität und Widerstand parallel sind unten dargestellt.

Daraus ergibt sich der dielektrische Energieverlust als

X → kapazitive Reaktanz (1/2πfC)
cosφ → sinδ
In den meisten Fällen ist δ klein. Daher können wir sinδ = tanδ annehmen.

Somit wird tanδ als Leistungsfaktor der Dielektrika bezeichnet.

Die Bedeutung des Wissens über die Eigenschaften der dielektrischen Materialien liegt in der Planung, Herstellung, Funktion und Recycling der dielektrischen (isolierenden) Materialien und kann durch Berechnung und Messung bestimmt werden.

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