إن فهم علاقة التحويل بين ثابت العزل الكهربائي والأداء العزل كافٍ لهذه المقالة

1. المفاهيم الأساسية وصيغات ثابتة عازلة (ε)

ثابت العزل الكهربائي هو كمية مادية تميز قدرة العزل الكهربائي على تخزين الرسوم في مجال كهربائي ، والمعروفة أيضًا باسم السماحية ، وهي واحدة من المعلمات الأساسية لقياس الخواص الكهربائية للمواد العازلة . كلما زادت قيمتها ، تكون قدرة المواد أقوى على تخزين الرسوم ، ولكن عادةً

(1) تعريف صيغة ثابت العزل الكهربائي

ثابت العزل الكهربائي (ثابت عازلة العزل الكهربائي ، εᵣ) هو نسبة ثابت العزل الكهربائي للمادة (ε) إلى ثابت عازلة الفراغ (ε₀):

εᵣ​=ε/ε₀

من بينها ، ε₀ هو ثابت العزل الكهربائي ، وهو تقريبا8.854 × 10^-12f/m (فاراد/م).

ثابت العزل الكهربائي النسبي (εᵣ) هو كمية مادية بدون أبعاد . إن εᵣ من الفراغ هو 1 ، و εᵣ من الهواء حوالي 1 .} 0006 ، وعادة ما يكون εᵣ للمواد العازلة بين 2-10 (مثل eTfe up حوالي 2.6).

(2) صيغة للعلاقة مع السعة

بالنسبة لمكثفات اللوحة المتوازية ، فإن العلاقة بين السعة (ج) وثابتة العزل الكهربائي هي:C=εᵣ​​⋅ε₀​⋅A/d​

من بينها ، A هي مساحة لوحة القطب ، و D هي المسافة بين لوحات القطب (سمك مادة العزل) .

تشير هذه الصيغة إلى أنه في ظل نفس الهيكل ، كلما زاد الثابت العازلة والسعة ، زادت قدرة المادة على تخزين الرسوم .

(3) الخسارة ذات الصلة: الظل الخسارة العازلة (تان Δ)

فقدان العزل الكهربائي هو فقدان الطاقة للمواد العازلة بسبب تباطؤ الاستقطاب الجزيئي في مجال كهربائي . ويتم تمثيله بشكل شائع من خلال ظلال عازلة العزل (TAN Δ) ويرتبط بستستمر العزل الكهربائي على النحو التالي:tanδ=ε/ε ′

من بينها ، ε "هو الجزء الحقيقي من ثابت العزل الكهربائي (يمثل سعة تخزين الطاقة) ، و ε" "هو الجزء الخيالي (يمثل الخسارة) .

كلما كانت TAN أصغر ، أصغر فقدان العزل للمادة ، وكلما كان الأداء الكهربائي أكثر استقرارًا (مثل TAN من ETFE من حوالي 0. 003 ، والذي ينتمي إلى مواد خسارة منخفضة).

2. معلمات المفاتيح وعلاقات التحويل لأداء العزل

تشمل المعلمات الأساسية لأداء العزل مقاومة العزل ، وقوة الانهيار ، والثابت العازلة ، والخسارة العازلة ، وما إلى ذلك . هذه المعلمات تعكس بشكل جماعي قدرة العزل واستقرار المواد ، ويمكن ربط بعض المعلمات من خلال التجارب أو الصيغة التجريبية .

(1) مقاومة العزل (ص_{الإقرار}​)

مقاومة العزل هي قدرة مادة على مقاومة التسرب الحالي ، تقاس في أوم (ω) ، وترتبط بمقاومة المادة (ρ) على النحو التالي:R_{الإقرار}​=ρ⋅d​/A

من بينها ، ρ هي مقاومة الحجم (الوحدة: ω · m) ، d هي سمك العزل ، و A هي مساحة السطح الموصل .

معنى التحويل: كلما ارتفعت المقاومة ، كلما زادت مقاومة العزل ، وأداء العزل بشكل أفضل للمادة (مثل ETFE ، التي عادة ما تكون مقاومة حجمها أكبر من 10⁶Ω · م ، تنتمي إلى مواد عزل عالية) .

(2) قوة الانهيار (Eᵦ)

قوة الانهيار هي قوة المجال الكهربائي الحرجة التي يمكن للمواد أن تصمد أمام حقل كهربائي دون تقسيمها ، وقياسها بال KV/مم (كيلو فولت لكل ملليمتر) ، ويتم حسابها باستخدام الصيغة التالية:E_b​=U_b/d
من بينها ، Uᵦ هو جهد الانهيار (KV) ، و D هو سمك العزل (مم) .

معنى التحويل: كلما زادت قوة الانهيار ، كلما ارتفعت الجهد الذي يمكن للمادة تحمله بنفس السُمك (على سبيل المثال ، هناك حاجة إلى قوة انهيار ETFE حول20-30} kv/mm ، ولا يلزم سوى طبقة عزل رقيقة جدًا لتلبية المتطلبات عند 600 فولت) .}

(3) العلاقة بين ثابت العزل الكهربائي وفقدان انتقال الإشارة

في انتقال إشارة التردد العالي ، يرتبط فقدان الإشارة () إلى ثابت العزل الكهربائي (εᵣ) وفقدان العزل الكهربائي (TAN Δ) ، والصيغة التجريبية هي: ∝f⋅√ε_r⋅tanδ

من بينها ، F هو تردد الإشارة .

أهمية التحويل: يمكن أن تقلل منخفضة من فقدان الإشارة عالية التردد بشكل كبير من فقدان الإشارة عالية التردد ، لذلك تعتبر مواد عازلة منخفضة مثل ETFE مناسبة لسيناريوهات نقل الإشارة عالية السرعة (مثل المعدات الإلكترونية الفضائية والفضائية) .

3. مثال على تحويل الأداء في التطبيقات العملية (أخذ سلك UL AWM 10126 كمثال)

UL AWM 10126 سلك يعتمد عزل ETFE (εᵣ≈2.6 ، tanδ≈0.003 ، قوة الانهيار 25kV/مم) ، الجهد المقنن 600 فولت ، ودرجة حرارة التشغيل 150 درجة ، وتحويل أداء العزل هو كما يلي:

(1) التحقق من جهد الانهيار: إذا كان سمك العزل هو 0.1 ملم ، فإن جهد الانهيار النظريU_b​=E_b​⋅d =25 kv/mm × 0.1mm =2.5 kv، أعلى بكثير من 600 فولت ، مع هامش أمان كاف .

(2) تقدير فقدان التردد العالي: على تردد 100 ميجا هرتز ، يكون فقدان الإشارة أقل بكثير من مواد عازلة العازلة (مثل PVC ، مع εᵣ≈3 . 5) ، مما يجعله مناسبًا لنقل الإشارة في الأجهزة الإلكترونية الدقيقة.

(3) تحويل مقاومة العزل: إذا كانت مساحة سطح الموصل 10 سم مربع ، فإن سمك العزل هو 0.1 مم ، و ETFE'sρ≈10¹⁷Ω·mثم مقاومة العزلR_{الإقرار}=10¹⁷×0.0001/0.001​=10¹⁶Ω، يمكن تجاهل تيار التسرب .

4. ملخص

الثابت العازلة هو المؤشر الأساسي لسعة تخزين الطاقة للمواد العازلة ، والتي ترتبط ارتباطًا مباشرًا بالسعة والخسارة . ثابت عزل كهربائي منخفض (مثل ETFE) مناسب لسيناريوهات الفقدان العالي والخسارة المنخفضة.

يمكن أن يقيس تحويل أداء العزل كمياً قابلية تطبيق المواد في ظل ظروف عمل مختلفة من خلال الصيغ المتعلقة بالمعلمات مثل المقاومة وقوة الانهيار والخسارة (مثلUL AWM 10126 سلك، وهو مناسب للاتصالات الكهربائية 600V في المساحات المدمجة والبيئات ذات درجة حرارة عالية بسبب انخفاض قوة الانهيار) .

يوفر تحويل هذه المعلمات أساسًا علميًا لاختيار الأسلاك وتصميم العزل ، مما يضمن التكلفة وتحسين المساحة أثناء تلبية متطلبات الجهد ودرجة الحرارة .