1. Conceptes bàsics i fórmules de la constant dielèctrica (ε)
La constant dielèctrica és una quantitat física que caracteritza la capacitat d’un dielèctric per emmagatzemar càrregues en un camp elèctric, també coneguda com a permissivitat, i és un dels paràmetres bàsics per mesurar les propietats elèctriques dels materials aïllants .} Interferència .
(1) Definició Fórmula de constant dielèctrica
La constant dielèctrica (constant dielèctrica relativa, εᵣ) és la relació de la constant dielèctrica d’un material (ε) amb la seva constant dielèctrica de buit (ε₀):
εᵣ=ε/ε₀
Entre ells, ε₀ és la constant dielèctrica del buit, que és aproximadament8.854 × 10-12F/m (farad/m).
La constant dielèctrica relativa (εᵣ) és una quantitat física sense dimensions . El εᵣ del buit és 1, el εᵣ de l'aire és aproximadament 1 . 0006, i el εᵣ de materials insulants sol ser entre 2-10 (com els εᵣ de 2,6).
(2) Fórmula per a la relació amb la capacitança
Per als condensadors de plaques paral·leles, la relació entre la capacitança (C) i la constant dielèctrica és:C=εᵣ⋅ε₀⋅A/d
Entre ells, A és l’àrea de la placa d’elèctrodes, i D és la distància entre les plaques d’elèctrode (gruix del material d’aïllament) .
Aquesta fórmula indica que, sota la mateixa estructura, més gran és la constant i la capacitança dielèctrica, més forta és la capacitat del material per emmagatzemar les càrregues .
(3) Relacionat amb pèrdues: Tancent de pèrdua dielèctrica (tan Δ)
La pèrdua dielèctrica és la pèrdua d’energia de materials aïllants a causa d’una histèresi de polarització molecular en un camp elèctric . Es representa habitualment per la pèrdua dielèctrica tangent (tan Δ) i està relacionada amb la constant dielèctrica de la manera següent:tanΔ=ε/ε ′
Entre ells, ε 'és la part real de la constant dielèctrica (que representa la capacitat d'emmagatzematge d'energia), i ε' 'és la part imaginària (que representa la pèrdua) .
Com més petit sigui el tan Δ, més petita és la pèrdua d’aïllament del material i més estable és el rendiment elèctric (com el tan δ d’ETFE d’aproximadament 0 . 003, que pertany a materials de baixa pèrdua).
2. Paràmetres clau i relacions de conversió del rendiment d'aïllament
Els paràmetres bàsics del rendiment d’aïllament inclouen la resistència d’aïllament, la força de desglossament, la constant dielèctrica, la pèrdua dielèctrica, etc . Aquests paràmetres reflecteixen col·lectivament la capacitat d’aïllament i l’estabilitat dels materials, i alguns paràmetres es poden correlacionar a través d’experiments o fórmules empíriques .
(1) Resistència a l'aïllament (rins)
La resistència a l’aïllament és la capacitat d’un material per resistir les fuites de corrent, mesurades en ohms (ω) i està relacionada amb la resistivitat del material (ρ) de la següent manera:Rins=ρ⋅d/A
Entre ells, ρ hi ha la resistivitat del volum (unitat: ω · m), d és el gruix de l'aïllament, i a és la superfície conductora .
Significat de conversió: com més gran sigui la resistivitat, més gran és la resistència a l’aïllament i com millor sigui el rendiment d’aïllament del material (com ETFE, la resistivitat del volum és generalment superior a 10¹⁶ω · m, pertanyent a materials d’aïllament alts) .
(2) Força de desglossament (Eᵦ)
La força de desglossament és la força crítica del camp elèctric en què un material pot suportar un camp elèctric sense ser desglossat, mesurat en kV/mm (quilovolts per mil·límetre) i calculat mitjançant la fórmula següent:Eb=Ub/d
Entre ells, uᵦ és la tensió d'avaria (KV), i D és el gruix d'aïllament (mm) .
Significat de conversió: com més gran sigui la força de desglossament, més alta és la tensió que el material pot suportar al mateix gruix (per exemple, la força de desglossament de ETFE és aproximadament 20-30 kV/mm, i només es necessita una capa d’aïllament molt fina per complir els requisits a 600V tensió) .
(3) La correlació entre la constant dielèctrica i la pèrdua de transmissió del senyal
En la transmissió de senyal d’alta freqüència, la pèrdua de senyal () està relacionada amb la constant dielèctrica (εᵣ) i la pèrdua dielèctrica (tan Δ), i la fórmula empírica és: ∝f⋅√εr⋅tanΔ
Entre ells, f hi ha la freqüència del senyal .
Significació de conversió: baix εᵣ i baix tan Δ Δ poden reduir significativament la pèrdua de senyal d’alta freqüència, de manera que els materials dielèctrics baixos com ETFE són adequats per a escenaris de transmissió de senyal d’alta velocitat (com ara equips electrònics aeroespacials i precisions) .
3. Exemple de conversió de rendiment en aplicacions pràctiques (prenent el fil AWM 10126 com a exemple)
UL AWM 10126 Wire Adopta l’aïllament ETFE (εᵣ≈2.6, tanΔ≈0.003, força de desglossament 25kV/mm), tensió nominal de 600V, temperatura de funcionament de 150 graus, la conversió del rendiment d’aïllament és la següent:
(1) Verificació de la tensió de desglossament: si el gruix de l'aïllament és de 0,1 mm, la tensió teòrica de desglossamentUb=Eb⋅d =25 kv/mm × 0.1mm =2.5 kv, molt superior al de 600V classificat, amb un marge de seguretat suficient .
(2) Estimació de pèrdues d'alta freqüència: a una freqüència de 100MHz, la seva pèrdua de senyal és molt inferior a la dels materials dielèctrics elevats (com el PVC, amb un εᵣ≈3 . 5), fent -lo adequat per a la transmissió de senyal en dispositius electrònics de precisió.
(3) Conversió de resistència de l'aïllament: si la superfície del conductor és de 10cm², el gruix d'aïllament és de 0,1 mm i l'ETFEρ≈10¹⁷Ω·m, llavors la resistència d’aïllamentRins=1017×0.0001/0.001=1016Ω, es pot ignorar el corrent de fuita .
4. Resum
La constant dielèctrica és l’indicador bàsic de la capacitat d’emmagatzematge d’energia dels materials aïllants, que està directament relacionat amb la capacitança i la pèrdua . La constant dielèctrica baixa (com ETFE) és adequada per a escenaris d’alta freqüència i baixa pèrdua .
La conversió del rendiment d’aïllament pot avaluar quantitativament l’aplicabilitat dels materials en diferents condicions de treball mitjançant fórmules relacionades amb paràmetres com la resistència, la força de desglossament i la pèrdua (com araUL AWM 10126 Wire, que és adequat per a connexions elèctriques de 600V en espais compactes i entorns d’alta temperatura a causa de la seva baixa força de desglossament) .
La conversió d’aquests paràmetres proporciona una base científica per al disseny de la selecció i l’aïllament de filferro, garantint l’optimització de costos i l’espai mentre compleixen requisits com la tensió i la temperatura .
