1. Các khái niệm và công thức cơ bản của hằng số điện môi (ε)
Hằng số điện môi là một lượng vật lý đặc trưng cho khả năng của điện môi để lưu trữ điện tích trong điện trường, còn được gọi là độ thấm, và là một trong những thông số cốt lõi để đo các tính chất điện của vật liệu cách điện {{0} nhiễu .
(1) Công thức định nghĩa của hằng số điện môi
Hằng số điện môi (hằng số điện môi tương đối, εᵣ) là tỷ lệ của hằng số điện môi của vật liệu () với hằng số điện môi chân không của nó (ε₀):
εᵣ=ε/ε₀
Trong số đó, ε₀ là hằng số điện môi chân không, xấp xỉ8.854 × 10-12F/m (farad/m).
Hằng số điện môi tương đối (εᵣ) là một đại lượng vật lý không thứ nguyên . εᵣ của chân không là 1, εᵣ của không khí xấp xỉ 1 . 0006 và 000 của các vật liệu cách nhiệt thường là giữa2-10
(2) Công thức cho mối quan hệ với điện dung
Đối với các tụ điện tấm song song, mối quan hệ giữa điện dung (C) và hằng số điện môi là:C=εᵣ⋅ε₀⋅A/d
Trong số đó, A là khu vực của tấm điện cực và D là khoảng cách giữa các tấm điện cực (độ dày vật liệu cách điện) .
Công thức này chỉ ra rằng trong cùng một cấu trúc, hằng số điện môi và điện dung càng lớn, khả năng lưu trữ điện tích của vật liệu càng mạnh .
(3) Mất liên quan: Mất điện môi tiếp tuyến (tan Δ)
Mất điện môi là sự mất năng lượng của vật liệu cách điện do độ trễ phân cực phân tử trong điện trường . Nó thường được biểu thị bằng tiếp tuyến mất điện môi (tan) và có liên quan đến hằng số điện môi như sau:tan tan =
Trong số đó, ε 'là phần thực của hằng số điện môi (đại diện cho dung lượng lưu trữ năng lượng) và ε' 'là phần tưởng tượng (đại diện cho mất mát) .
Tan tan càng nhỏ, mất vật liệu cách nhiệt của vật liệu càng nhỏ và hiệu suất điện càng ổn định (chẳng hạn như tan của ETFE khoảng 0 . 003, thuộc về vật liệu tổn thất thấp).
2. Các tham số chính và mối quan hệ chuyển đổi của hiệu suất cách điện
Các thông số cốt lõi của hiệu suất cách điện bao gồm điện trở cách nhiệt, cường độ phân hủy, hằng số điện môi, mất điện môi, v.v.
(1) Điện trở cách nhiệt (rIns)
Điện trở cách nhiệt là khả năng của vật liệu chống lại sự rò rỉ hiện tại, được đo bằng ohms () và có liên quan đến điện trở suất của vật liệu () như sau:RIns=ρ⋅d/A
Trong số đó, ρ là điện trở suất âm lượng (đơn vị: ω · m), d là độ dày cách điện và A là diện tích bề mặt dẫn điện .
Ý nghĩa chuyển đổi: Điện trở suất càng cao, điện trở cách nhiệt càng cao và hiệu suất cách điện của vật liệu càng cao (như ETFE, có điện trở suất thể tích thường lớn hơn 10⁶Ω · m, thuộc về vật liệu cách nhiệt cao).}
(2) Sức mạnh phân tích (Eᵦ)
Cường độ phân hủy là cường độ điện trường quan trọng mà tại đó vật liệu có thể chịu được một điện trường mà không bị phá vỡ, được đo bằng KV/mm (kilovolts mỗi milimet) và được tính toán bằng công thức sau:Eb=Ub/d
Trong số đó, Uᵦ là điện áp phân hủy (KV) và D là độ dày cách điện (mm) .
Ý nghĩa chuyển đổi: cường độ phân tích càng cao, điện áp mà vật liệu có thể chịu được ở cùng độ dày càng cao (ví dụ, cường độ phân hủy của ETFE là về 20-30 kV/mm và chỉ cần một lớp cách nhiệt rất mỏng để đáp ứng các yêu cầu ở điện áp 600V) .}
(3) Mối tương quan giữa hằng số điện môi và mất truyền tín hiệu
Trong truyền tín hiệu tần số cao, mất tín hiệu () có liên quan đến hằng số điện môi (εᵣ) và mất điện môi (tan), và công thức thực nghiệm là: ∝f⋅√εr⋅tanΔ
Trong số đó, F là tần số tín hiệu .
Ý nghĩa chuyển đổi: Tân giá thấp và thấp có thể làm giảm đáng kể việc mất tín hiệu tần số cao, do đó, các vật liệu điện môi thấp như ETFE phù hợp cho các kịch bản truyền tín hiệu tốc độ cao (như thiết bị điện tử hàng không vũ trụ và chính xác) .
3. Ví dụ về chuyển đổi hiệu suất trong các ứng dụng thực tế (lấy dây UL AWM 10126 làm ví dụ)
Dây UL AWM 10126 Áp dụng cách nhiệt ETFE (εᵣ≈ ≈2.6, TanΔ≈0,003, Sức mạnh phân tích25kV/mm), điện áp định mức 600V, nhiệt độ hoạt động là 150 độ, chuyển đổi hiệu suất cách điện như sau:
(1) Xác minh điện áp phân hủy: Nếu độ dày cách điện là 0,1mm, điện áp phân hủy lý thuyếtUb=Eb⋅d =25 kV/mm × 0,1mm =2.5 kv, cao hơn nhiều so với mức 600V được xếp hạng, với tỷ lệ an toàn đủ .
.
(3) Chuyển đổi điện trở cách điện: Nếu diện tích bề mặt của dây dẫn là 10cm², độ dày cách điện là 0,1mm và ETFEρ≈10¹⁷Ω·m, sau đó điện trở cách nhiệtRIns=1017×0.0001/0.001=1016Ω, dòng rò có thể bị bỏ qua .
4. Tóm tắt
Hằng số điện môi là chỉ số lõi của khả năng lưu trữ năng lượng của vật liệu cách điện, liên quan trực tiếp đến điện dung và mất . hằng số điện môi thấp (như ETFE) phù hợp với các kịch bản tần số cao và tổn thất thấp .}}}}}}}}
Việc chuyển đổi hiệu suất cách điện có thể đánh giá định lượng khả năng áp dụng vật liệu trong các điều kiện làm việc khác nhau thông qua các công thức liên quan đến các tham số như sức đề kháng, sức mạnh phân tích và mất mát (nhưDây UL AWM 10126, phù hợp cho các kết nối điện 600V trong các không gian nhỏ gọn và môi trường nhiệt độ cao do cường độ phân tích thấp và độ phân hủy cao) .
Việc chuyển đổi các tham số này cung cấp một cơ sở khoa học để lựa chọn dây và thiết kế cách nhiệt, đảm bảo tối ưu hóa chi phí và không gian trong khi đáp ứng các yêu cầu như điện áp và nhiệt độ .
