Розуміння взаємозв'язку між діелектричною постійною та ефективністю ізоляції достатньо для цієї статті

1. Основні поняття та формули діелектричної константи (ε)

Dielectric constant is a physical quantity that characterizes the ability of a dielectric to store charges in an electric field, also known as permittivity, and is one of the core parameters for measuring the electrical properties of insulating materials. The larger its value, the stronger the material's ability to store charges, but usually insulating materials tend to have a low dielectric constant to reduce signal loss and Інтерференція .

(1) Визначення Формула діелектричної константи

Діелектрична константа (відносна діелектрична константа, εᵣ) - відношення діелектричної константи матеріалу (ε) до його вакуумної діелектричної константи (ε₀):

εᵣ​=ε/ε₀

Серед них ε₀ - вакуумна діелектрична константа, що приблизно8.854 × 10^-12F/m (Фарад/м).

Відносна діелектрична константа (εᵣ) - це безрозмірна фізична величина . εᵣ вакууму 1, εᵣ повітря приблизно 1 . 0006, а εᵣ ізоляційних матеріалів зазвичай між 2-10 (наприклад, eTFE ᵣ ᵣ of 2,6).

(2) формула взаємозв'язку з ємністю

Для конденсаторів паралельної пластини взаємозв'язок між ємністю (c) та діелектричною константою є:C=εᵣ​​⋅ε₀​⋅A/d​

Серед них A - область електродної пластини, а D - відстань між електродними пластинами (товщина ізоляційного матеріалу) .}

Ця формула вказує на те, що за тієї ж структури, чим більша діелектрична константа та ємність, тим сильніша здатність матеріалу зберігати заряди .

(3) Втрати, пов’язані: Діелектрична втрата дотична (tan δ)

Діелектрична втрата - це втрата енергії ізоляційних матеріалів через гістерезис молекулярної поляризації в електричному полі .. Він зазвичай представлений дотичною діелектричною втратами (tan δ) і пов'язаний з діелектричною константою наступним чином:tanδ=ε/ε ′

Серед них ε 'є реальною частиною діелектричної константи (представляє потужність зберігання енергії), а ε' ' - це уявна частина (представляє втрату) .

Чим менший tan δ, тим менша втрата ізоляції матеріалу, і тим стабільніша електрична продуктивність (наприклад, Tan δ Δ близько 0 . 003, що належить до матеріалів з низькими втратами).

2. Ключові параметри та конверсійні співвідношення продуктивності ізоляції

Основні параметри продуктивності ізоляції включають опір ізоляції, міцність на поломку, діелектричну константу, діелектричну втрату тощо . Ці параметри колективно відображають здатність до ізоляції та стабільність матеріалів, а деякі параметри можуть бути корельовані за допомогою експериментів або емпіричних формул .}}}

(1) Опір ізоляції (r_штату​)

Опір ізоляції - це здатність матеріалу протистояти витоку струму, вимірюється в Ом (ω) і пов'язана з опором матеріалу (ρ) таким чином:R_штату​=ρ⋅d​/A

Серед них ρ - об'ємний опір (одиниця: ω · м), d - товщина ізоляції, а A - це провідна площа поверхні .

Значення конверсії: чим вище опір, чим більший опір ізоляції та кращі показники ізоляції матеріалу (наприклад, ETFE, об'ємний опір, зазвичай перевищує 10⁶ω · м, що належить до матеріалів з високою ізоляцією) .

(2) Сила зриву (Eᵦ)

Міцність поломки - це критична міцність електричного поля, з якою матеріал може витримати електричне поле, не розбиваючи, вимірюється в кВ/мм (кіловольти на міліметр) і обчислюється за допомогою наступної формули:E_b​=U_b/d
Серед них Uᵦ - напруга розбиття (KV), а D - товщина ізоляції (мм) .

Значення перетворення: чим вище міцність на поломку, тим вище напруга, що матеріал може витримувати з однаковою товщиною (наприклад, міцність на розбиття ETFE приблизно 20-30 кВ/мм, і лише дуже тонкий шар ізоляції необхідний для задоволення вимог при напрузі 600 В) .}}

(3) Кореляція між діелектричною постійною та втратою передачі сигналу

У передачі високочастотних сигналів втрата сигналу () пов'язана з діелектричною постійною (εᵣ) та діелектричною втратою (Tan δ), а емпірична формула:: ∝f⋅√ε_r⋅tanδ

Серед них F - частота сигналу .

Значення конверсії: Низький εᵣ та низький загар δ можуть значно зменшити високочастотну втрату сигналу, тому низькі діелектричні матеріали, такі як ETFE, підходять для сценаріїв передачі високошвидкісних сигналів (таких як аерокосмічна та точна електронна техніка) .

3. Приклад перетворення продуктивності в практичних додатках (взяття на приклад UL AWM 10126

Ul awm 10126 Wire Приймає ізоляцію ETFE (εᵣ≈2,6, tanδ≈0,003, міцність на поломку25 кВ/мм), номінальна напруга 600 В, робоча температура 150 градусів, перетворення продуктивності ізоляції таке:

(1) Перевірка напруги розбиття: Якщо товщина ізоляції становить 0,1 мм, теоретична напруга розбиттяU_b​=E_b​⋅d =25 kv/mm × 0,1 мм =2.5 kv, набагато вище, ніж рейтинг 600 В, з достатньою маржею безпеки .

(2.

(3) Перетворення опору ізоляції: Якщо площа поверхні провідника становить 10 см², товщина ізоляції - 0,1 мм, а ETFE'sρ≈10¹⁷Ω·m, потім опір ізоляціїR_штату=10¹⁷×0.0001/0.001​=10¹⁶Ω, струм витоку можна ігнорувати .

4. Підсумок

Діелектрична константа є основним індикатором енергетичної ємності ізоляційних матеріалів, яка безпосередньо пов'язана з ємністю та втратою . низькою діелектричною константою (наприклад, ETFE) підходить для сценаріїв високої частоти та низьких втрат .}}}

Перетворення продуктивності ізоляції може кількісно оцінити застосовність матеріалів у різних умовах праці за допомогою формул, пов'язаних з такими параметрами, як опір, міцність на поломку та втрата (наприклад,Ul awm 10126 Wire, що підходить для 600 В електричних з'єднань у компактних просторах та високотемпературних середовищах завдяки його низькій εᵣ та високій міцності на поломку) .

Перетворення цих параметрів забезпечує наукову основу для вибору дроту та проектування ізоляції, забезпечення оптимізації витрат та простору під час відповідальності, таких як напруга та температура .