절연재료의 유전체 특성 (공식 및 상수)

우선 유전체 재료에 대한 설명을 살펴보겠습니다. 이는 실제로 전기를 전도하지 않습니다. 이들은 매우 낮은 전기 도전성을 가진 절연체입니다. 따라서 유전체 재료와 절연체 재료 간의 차이를 알아야 합니다. 절연체는 전류 흐름을 차단하지만, 유전체는 전기 에너지를 축적합니다. 콘덴서에서 유전체는 전기 절연체로서 작동합니다.

다음으로 주제로 넘어갑니다. 절연재료의 유전체 특성에는 절연 파괴 전압 또는 유전체 강도, 유전체 매개변수(순위, 전도성, 손실각 및 역률)가 포함됩니다. 다른 특성에는 전기, 열, 기계 및 화학 매개변수가 포함됩니다. 아래에서 주요 특성을 자세히 논의해 보겠습니다.

유전체 강도 또는 절연 파괴 전압

유전체 재료는 일반적인 운전 조건에서 일부 전자만 가지고 있습니다. 전기 강도가 특정 값 이상으로 증가하면 파괴가 발생합니다. 즉, 절연 특성이 손상되어 결국 전도체가 됩니다. 파괴 시점의 전기장 강도는 절연 파괴 전압 또는 유전체 강도라고 합니다. 이는 특정 조건 하에서 재료의 파괴를 초래하는 최소한의 전기 스트레스로 표현할 수 있습니다.

노화, 고온 및 습기로 인해 감소될 수 있습니다. 다음과 같이 주어집니다
유전체 강도 또는 절연 파괴 전압 =
V→ 파괴 전위.
t→ 유전체 재료의 두께.
상대 순위
이는 또한 특정 유도 용량 또는 유전체 상수라고도 합니다. 이는 유전체가 사용될 때 콘덴서의 용량에 대한 정보를 제공합니다. 이는 εr로 표시됩니다. 콘덴서의 용량은 플레이트 간격 또는 유전체의 두께, 플레이트의 단면적 및 사용된 유전체 재료의 특성과 관련이 있습니다. 높은 유전체 상수를 가진 유전체 재료는 콘덴서에 유리합니다.
상대 투자율 또는 유전체 상수 =

공기를 어떤 유전체 매질로 대체하면 콘덴서의 용량이 개선됨을 알 수 있습니다. 일부 유전체 재료의 유전체 상수와 유전체 강도는 다음과 같습니다.

표 번호 1

소비 계수, 손실각 및 역률

유전체 재료에 AC 공급원을 주었을 때, 전력 소모는 발생하지 않습니다. 이는 진공과 정제된 가스에서 완벽하게 달성됩니다. 여기에서, 충전 전류가 적용된 전압보다 90o 앞서가는 것을 볼 수 있습니다. 이는 그림 2A에서 보여집니다. 이는 절연체에서 전력 손실이 없다는 것을 의미합니다. 그러나 대부분의 경우, 교류가 적용되면 절연체에서 에너지의 소모가 발생합니다. 이를 유전체 손실이라고 합니다. 실제 절연체에서는 누설 전류가 적용된 전압보다 90o 앞서가지 않습니다(그림 2B). 누설 전류가 형성하는 각도는 위상각(φ)입니다. 이는 항상 90보다 작습니다. 우리는 또한 90- φ로 손실각(δ)을 얻을 수 있습니다.

병렬 연결된 저항과 함께 콘덴서의 등가 회로는 아래에 나타납니다.

이로부터, 우리는 유전체 전력 손실을 다음과 같이 얻을 수 있습니다

X → 용량 반응성 (1/2πfC)
cosφ → sinδ
대부분의 경우, δ는 작습니다. 따라서 sinδ = tanδ로 취할 수 있습니다.

따라서 tanδ는 유전체의 역률이라고 알려져 있습니다.

유전체 재료의 특성에 대한 지식의 중요성은 유전체(절연) 재료의 설계, 제조, 작동 및 재활용에 있으며, 계산과 측정을 통해 결정할 수 있습니다.

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