1. Βασικές έννοιες και τύποι διηλεκτρικής σταθεράς (ε)
Η διηλεκτρική σταθερά είναι μια φυσική ποσότητα που χαρακτηρίζει την ικανότητα ενός διηλεκτρικού να αποθηκεύει χρεώσεις σε ένα ηλεκτρικό πεδίο, επίσης γνωστή ως διαπερατότητα, και είναι μία από τις βασικές παραμέτρους για τη μέτρηση των ηλεκτρικών ιδιοτήτων της μόνωσης των υλικών . Η μεγαλύτερη τιμή του, η ισχυρότερη ικανότητα του υλικού για να αποθηκεύσει τα φορτία, αλλά συνήθως τα υλικά που μοιάζουν να έχουν χαμηλής διάρκειας για να μειώσουν την απώλεια σήματος και τη παρεμβολή.
(1) Ορισμός τύπου διηλεκτρικής σταθεράς
Η διηλεκτρική σταθερά (σχετική διηλεκτρική σταθερά, ε ᵣ) είναι η αναλογία διηλεκτρικής σταθεράς ενός υλικού (ε) στη διηλεκτρική σταθερά κενού (ε ₀):
εᵣ=ε/ε₀
Μεταξύ αυτών, ε, είναι η διηλεκτρική σταθερά κενού, η οποία είναι περίπου8.854 × 10-12F/m (Farad/m).
Η σχετική διηλεκτρική σταθερά (ε, είναι μια χωρίς διαστάσεις φυσική ποσότητα . Το ε, το κενό είναι 1, το ε, ο αέρα είναι περίπου 1 {{5} 00066 και το ε ᵣ των μονωτικών υλικών είναι συνήθως μεταξύ 2-10 (όπως το ε eTf περίπου 2,6).
(2) Τύπος για τη σχέση με χωρητικότητα
Για τους παράλληλους πυκνωτές πλάκας, η σχέση μεταξύ χωρητικότητας (C) και διηλεκτρικής σταθεράς είναι:C=εᵣ⋅ε₀⋅A/d
Μεταξύ αυτών, το Α είναι η περιοχή της πλάκας ηλεκτροδίου και D είναι η απόσταση μεταξύ των πλακών ηλεκτροδίων (πάχος μόνωσης) .
Αυτός ο τύπος υποδεικνύει ότι κάτω από την ίδια δομή, τόσο μεγαλύτερη είναι η διηλεκτρική σταθερά και η χωρητικότητα, τόσο ισχυρότερη είναι η ικανότητα του υλικού να αποθηκεύει χρεώσεις .
(3) Σχετικά με απώλειες: εφαπτομένη διηλεκτρική απώλεια (Tan δ)
Η διηλεκτρική απώλεια είναι η απώλεια ενέργειας των μονωτικών υλικών λόγω της υστέρησης μοριακής πόλωσης σε ένα ηλεκτρικό πεδίο . αντιπροσωπεύεται συνήθως από την εφαπτομένη διηλεκτρική απώλεια (TAN Δ) και σχετίζεται με τη διηλεκτρική σταθερά ως εξής:TanΔ=ε/ε '
Μεταξύ αυτών, ε 'είναι το πραγματικό μέρος της διηλεκτρικής σταθεράς (που αντιπροσωπεύει την ικανότητα αποθήκευσης ενέργειας) και ε' 'είναι το φανταστικό μέρος (που αντιπροσωπεύει την απώλεια) .
Όσο μικρότερο είναι το μαύρισμα δ, τόσο μικρότερη είναι η απώλεια μόνωσης του υλικού και όσο πιο σταθερή είναι η ηλεκτρική απόδοση (όπως το Tan δ της Etfe περίπου 0 . 003, που ανήκει σε υλικά χαμηλής απώλειας).
2. Παράμετροι κλειδιών και σχέσεις μετατροπής της απόδοσης μόνωσης
Οι βασικές παράμετροι της απόδοσης της μόνωσης περιλαμβάνουν αντίσταση μόνωσης, αντοχή διάσπασης, διηλεκτρική σταθερά, διηλεκτρική απώλεια κ.λπ.
(1) αντίσταση μόνωσης (rενστικτώ)
Η αντίσταση της μόνωσης είναι η ικανότητα ενός υλικού να αντιστέκεται στη διαρροή ρεύματος, που μετράται σε ohms (ω) και σχετίζεται με την αντίσταση του υλικού (ρ) ως εξής:Rενστικτώ=ρ⋅d/A
Μεταξύ αυτών, ρ είναι η αντίσταση όγκου (μονάδα: ω · m), d είναι το πάχος της μόνωσης και Α είναι η αγώγιμη επιφάνεια .
Σημασία μετατροπής: Όσο υψηλότερη είναι η αντίσταση, τόσο υψηλότερη είναι η αντίσταση της μόνωσης και τόσο καλύτερη είναι η απόδοση της μόνωσης του υλικού (όπως το ETFE, του οποίου η αντίσταση όγκου είναι συνήθως μεγαλύτερη από 10⁶Ω · m, που ανήκει σε υλικά υψηλής μόνωσης) .
(2) Αντοχή κατάρρευσης (Eᵦ)
Η ισχύς διάσπασης είναι η κρίσιμη δύναμη ηλεκτρικού πεδίου στην οποία ένα υλικό μπορεί να αντέξει ένα ηλεκτρικό πεδίο χωρίς να διασπαστεί, να μετρηθεί σε KV/mm (kilovolts ανά χιλιοστό) και να υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:Eb=Ub/d
Μεταξύ αυτών, το Uᵦ είναι η τάση διάσπασης (KV) και D είναι το πάχος μόνωσης (mm) .
Σημασία μετατροπής: Όσο υψηλότερη είναι η ισχύς διάσπασης, τόσο υψηλότερη είναι η τάση που το υλικό μπορεί να αντέξει στο ίδιο πάχος (για παράδειγμα, η ισχύς διάσπασης του Etfe είναι περίπου 20-30 kV/mm και μόνο ένα πολύ λεπτό στρώμα μόνωσης είναι απαραίτητο για να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις στην τάση 600V).
(3) Η συσχέτιση μεταξύ της διηλεκτρικής σταθεράς και της απώλειας μετάδοσης σήματος
Στη μετάδοση σήματος υψηλής συχνότητας, η απώλεια σήματος () σχετίζεται με τη διηλεκτρική σταθερά (ε,) και την διηλεκτρική απώλεια (TAN Δ) και ο εμπειρικός τύπος είναι: ∝f⋅√εr⋅tanδ
Μεταξύ αυτών, το F είναι η συχνότητα σήματος .
Σημασία μετατροπής: Το χαμηλό ε ᵣ και το χαμηλό TAN δ μπορούν να μειώσουν σημαντικά την απώλεια σήματος υψηλής συχνότητας, τόσο χαμηλά διηλεκτρικά υλικά όπως το ETFE είναι κατάλληλα για σενάρια μετάδοσης σήματος υψηλής ταχύτητας (όπως η αεροδιαστημική και ο ηλεκτρονικός εξοπλισμός ακρίβειας) .
3. Παράδειγμα μετατροπής απόδοσης σε πρακτικές εφαρμογές (λαμβάνοντας το UL AWM 10126 Wire ως παράδειγμα)
Καλώδιο UL AWM 10126 υιοθετεί τη μόνωση ETFE (ε ᵣ 2.6, TANδ ≈0.003, δύναμη διάσπασης ≈25kV/mm), ονομαστική τάση 600V, θερμοκρασία λειτουργίας 150 μοιρών, η μετατροπή της απόδοσης μόνωσης έχει ως εξής:
(1) Επαλήθευση της τάσης διάσπασης: Εάν το πάχος μόνωσης είναι 0,1mm, η θεωρητική τάση διάσπασηςUb=Eb⋅d =25 kv/mm × 0.1mm =2.5 kv, πολύ υψηλότερη από την ονομαστική 600V, με επαρκές περιθώριο ασφαλείας .
(2) Εκτίμηση απώλειας υψηλής συχνότητας: Σε συχνότητα 100MHz, η απώλεια σήματος είναι πολύ χαμηλότερη από αυτή των υψηλών διηλεκτρικών υλικών (όπως το PVC, με ε ᵣ 3 . 5), καθιστώντας την κατάλληλη για μετάδοση σήματος σε ηλεκτρονικές συσκευές ακρίβειας.
(3) Μετατροπή αντίστασης μόνωσης: Εάν η επιφάνεια του αγωγού είναι 10cm², το πάχος μόνωσης είναι 0,1mm και τα ETFE'sρ≈10¹⁷Ω·m, τότε η αντίσταση μόνωσηςRενστικτώ=1017×0.0001/0.001=1016Ω, το ρεύμα διαρροής μπορεί να αγνοηθεί .
4. Περίληψη
Η διηλεκτρική σταθερά είναι ο βασικός δείκτης της χωρητικότητας αποθήκευσης ενέργειας των μονωτικών υλικών, η οποία σχετίζεται άμεσα με την χωρητικότητα και την απώλεια . χαμηλή διηλεκτρική σταθερά (όπως ETFE) είναι κατάλληλη για σενάρια υψηλής συχνότητας και χαμηλής απώλειας .}}}}}
Η μετατροπή της απόδοσης της μόνωσης μπορεί να αξιολογήσει ποσοτικά τη δυνατότητα εφαρμογής των υλικών υπό διαφορετικές συνθήκες εργασίας μέσω τύπων που σχετίζονται με παραμέτρους όπως η αντίσταση, η αντοχή στη διάσπαση και η απώλεια (όπωςΚαλώδιο UL AWM 10126, η οποία είναι κατάλληλη για ηλεκτρικές συνδέσεις 600V σε συμπαγείς χώρους και περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας λόγω της χαμηλής ε ᵣ και της υψηλής αντοχής διάσπασης) .
Η μετατροπή αυτών των παραμέτρων παρέχει μια επιστημονική βάση για την επιλογή καλωδίων και τον σχεδιασμό μόνωσης, εξασφαλίζοντας τη βελτιστοποίηση του κόστους και του χώρου ενώ πληροί τις απαιτήσεις όπως η τάση και η θερμοκρασία .
