Possiamo iniziare con la descrizione dei materiali dielettrici. In effetti, non conducono elettricità. Sono isolanti con una conduttività elettrica molto bassa. Quindi dobbiamo conoscere la differenza tra materiale dielettrico e materiale isolante. La differenza è che gli isolanti bloccano il flusso di corrente, mentre i dielettrici accumulano energia elettrica. Nei condensatori, essi funzionano come isolanti elettrici.
Successivamente, possiamo passare al tema. Le proprietà dielettriche dell'isolamento includono la tensione di rottura o resistenza dielettrica, parametri dielettrici come permittività, conduttività, angolo di perdita e fattore di potenza. Altre proprietà includono parametri elettrici, termici, meccanici e chimici. Possiamo discutere le principali proprietà in dettaglio qui sotto.
Il materiale dielettrico ha solo alcuni elettroni nelle condizioni operative normali. Quando l'intensità del campo elettrico supera un determinato valore, si verifica la rottura. Cioè, le proprietà isolanti sono danneggiate e infine diventa un conduttore. L'intensità del campo elettrico al momento della rottura è chiamata tensione di rottura o resistenza dielettrica. Può essere espressa nello stress elettrico minimo che causerà la rottura del materiale in alcune condizioni.
Può essere ridotta dall'invecchiamento, da temperature elevate e dall'umidità. È dato da
Resistenza dielettrica o Tensione di rottura =
V→ Potenziale di rottura.
t→ Spessore del materiale dielettrico.
Permittività relativa
È anche chiamata capacità induttiva specifica o costante dielettrica. Ci fornisce informazioni sulla capacità del condensatore quando viene utilizzato il dielettrico. È denotato come εr. La capacità del condensatore è correlata alla separazione delle armature o, per dirlo in altro modo, allo spessore dei dielettrici, all'area sezione trasversale delle armature e al carattere del materiale dielettrico utilizzato
. Un materiale dielettrico con alta costante dielettrica è preferibile per i condensatori.
Permeabilità relativa o costante dielettrica =
Possiamo vedere che se sostituiamo l'aria con qualsiasi mezzo dielettrico, la capacità (del condensatore) sarà migliorata. La costante dielettrica e la resistenza dielettrica di alcuni materiali dielettrici sono riportate di seguito.
Materiale dielettrico |
Resistenza dielettrica (kV/mm) |
Costante dielettrica |
Aria |
3 |
1 |
Olio |
5-20 |
2-5 |
Micace |
60-230 |
5-9 |
Tabella n.1
Quando a un materiale dielettrico viene fornito un alimentazione AC, non si verifica alcun consumo di potenza. Questo è perfettamente raggiunto solo dal vuoto e dai gas purificati. Qui, possiamo vedere che la corrente di carica precederà la tensione applicata di 90°, come mostrato nella figura 2A. Ciò implica che non c'è perdita di potenza negli isolanti. Ma nella maggior parte dei casi, c'è una dissipazione di energia negli isolanti quando viene applicata una corrente alternata. Questa perdita è nota come perdita dielettrica. Negli isolanti pratici, la corrente di fuga non precederà mai la tensione applicata di 90° (figura 2B). L'angolo formato dalla corrente di fuga è l'angolo di fase (φ). Sarà sempre inferiore a 90. Otterremo anche l'angolo di perdita (δ) da questo come 90- φ.
Il circuito equivalente con capacità e resistenza in parallelo sono rappresentati di seguito.
Da ciò, otterremo la perdita di potenza dielettrica come
X → Reattanza capacitiva (1/2πfC)
cosφ → sinδ
Nella maggior parte dei casi, δ è piccolo. Quindi possiamo considerare sinδ = tanδ.
Quindi, tanδ è noto come fattore di potenza dei dielettrici.
L'importanza della conoscenza delle proprietà dei materiali dielettrici sta nella progettazione, produzione, funzionamento e riciclaggio dei materiali dielettrici (isolanti) e può essere determinata mediante calcolo e misurazione.
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