Vitasvet-led.ru

Витасвет Лед
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Какие токи протекают в диэлектрике при подаче напряжения

Испытания диэлектрических материалов

Область применения

Рекомендации настоящей методики распространяются на проведение испытаний диэлек- трических материалов независимо от их назначения и состояния. Методика содержит общие рекомендации в области испытания диэлектриков и диэлектрических материалов.

Материалы, применяемые при изготовлении электротехнического оборудования, разделяют на ряд групп: проводниковые, изолирующие (диэлектрики), магнитные и полупроводниковые.

Характер работы изолирующих материалов в оборудовании в большей мере определяет надёжность электрических устройств.

Изоляция токоведущих частей может быть следующих видов: газовой, жидкой, твёрдой или комбинированной (смешанной) из отдельных перечисленных видов.

Теоретически идеальный диэлектрик можно рассматривать как нейтральный атом, который состоит из положительно заряженного ядра и электрически уравновешивающего его электронов. Если электрически нейтральный атом поместить в область, в которой имеется воздействие внешнего электрического поля, то, под влиянием последнего, положительно заряженные части сдвинуться в направлении поля, а отрицательные – против поля.

При исчезновении внешнего поля они возвратятся в исходное положение. Подобные пере- мещения связаны с затратой энергии или возвратом её при прекращении воздействия, с известной долей потерь. Примером указанных процессов может явиться в некотором роде заряд и разряд конденсатора.

В тех случаях, когда энергия, сообщаемая электрону под влиянием внешних условий, пре- высит некоторое предельное значение, он может стать независимым, т.е. атом будет разрушен – атом ионизируется. Таким образом, при определённых условиях, атомы могут терять или присоединять электроны.

На практике приходится иметь дело не с идеальными диэлектриками, а с техническими – неоднородными, обладающими некоторой степенью электропроводимости. Электропроводимость технических диэлектриков объясняется наличием свободных зарядов в тех случаях, когда внутри атома связи отсутствуют и в этих случаях под воздействием электрического напряжения в изоляционном материале возникает ток проводимости. В связи с отмеченным явлением качество диэлектрика можно охарактеризовать удельной объёмной проводимостью и удельной поверхностной проводимостью, — величинами, обратными соответствующим удельным значениям объёмного и поверхностно электрического сопротивления.

Все диэлектрики могут работать при напряжениях, не превышающих предельных значений, характерных для них в определённых условиях и состоянии, при превышении предельного значения наступает пробой диэлектрика.

Если плотность тока проводимостей через диэлектрик, находящийся под напряжением в рабочих условиях, очень мала, то при превышении напряжения ток резко возрастает — внезапно образуется проводящий канал между электродами, т.е. изоляционные свойства материала ухудшаются, а затем наступает пробой. Значение напряжения, при котором происходит пробой диэлектрика, называют пробивным напряжением Uпроб.

Наиболее важными факторами, влияющими на пробивное напряжение всех видов диэлектриков, являются: форма поля, длительность приложения напряжения, род тока, климатические условия, температура, давление для газов, вид материала и его толщина.

Форма электрического поля определяется формой электродов. Поле в диэлектрике может быть равномерным (однородным) или неравномерным (неоднородным). Например, равномерным является поле в средней части обкладок плоского конденсатора.

Климатические условия подчас определяются обстоятельствами, при которых производится эксперимент, но которые должны учитываться как один из факторов, влияющих на результат.

В природе существует естественный диэлектрик – атмосферный воздух. Воздух, а последнее время и ряд других газов (водород, элегаз, фреон и др.) используются как изолятор во многих устройствах высокого напряжения.

Объект испытания.

Методика испытаний и оценка по их результатам состояния изоляции электрооборудования вытекают из физической сущности изоляции. Любая изоляция (диэлектрик), применяемая в электрических машинах и аппаратах, по существу есть конденсатор со сложной средой. Обкладками его являются наружные элементы конструкции аппарата (корпус, сердечник) и токоведущие части (жилы кабеля, провода, шина). Среда – изоляционный материал, структура которого определяется не только используемым материалом (волокно, бумага и т.д.), но и состоянием её – наличием дефектов, в частности увлажнением. Физическая сущность изоляции определяется теми процессами, которые протекают в электрическом поле конденсатора.

В результате воздействия внешнего поля на диэлектрик в нём создаётся особое напряжён- ное состояние, именуемое электрической поляризацией. Различают несколько видов поляризации:

  • Электронная – возникновение несимметричности атомов под воздействием электрического поля. Подобная поляризация возможна и для молекул;
  • Дипольная – приобретение, по направлению внешнего поля, составляющего момента у дипольных молекул;
  • Внутрислоевая – накопление (абсорбция) зарядов в пограничных слоях, имещих отличающиеся проводимости и диэлектрические проницаемости.

Процессы поляризации в диэлектриках совершаются в течение некоторого конечного времени, а при приложении переменного тока повторяются каждый полупериод.

Внутрислоевая поляризация – это медленный процесс, соизмеримый по времени с частотой переменного тока 50 Гц или превышающий его, при условии, что изоляция сухая. При сильном увлажнении изоляции постоянная времени внутрислоевой поляризации резко уменьшается. На этом основано исследование абсорбции изоляции при проведении испытаний – при медленной поляризации энергии поляризации возвращается источнику питания не полностью и часть её рассеивается в виде тепла (коэффициент абсорбции высокий).

Определяемые характеристики.

Сопротивление изоляции постоянному току Rиз. является основным показателем состояния изоляции. Наличие грубых внутренних и внешних дефектов (повреждение, увлажнение, поверхностное загрязнение) снижает сопротивление. Определение Rиз (Ом) производится измерением тока утечки Iут, проходящего через изоляцию, при приложении к ней выпрямленного напряжения:

В связи с явлением поляризации, имеющим место в изоляции, определяемое сопротивление Rиз зависит от времени с момента приложения напряжения. Правильный результат может дать измерение тока утечки по истечению 60 секунд после приложения напряжения, т.е. в момент, к которому ток абсорбции в изоляции в основном затухает.

Вторым основным показателем состояния изоляции машин и трансформаторов является коэффициент абсорбции. Кабс лучше всего определяет увлажнение изоляции. Коэффициент абсорбции — это отношение Rиз, измеренного мегаомметром через 60 сек с момента приложения напряжения, к Rиз. измеренного через 15 секунд после начала приложения испытательного напряжения от мегаомметра:

Если изоляция сухая, то коэффициент абсорбции значительно превышает единицу, в то время как у влажной изоляции коэффициент абсорбции близок к единице.

Объясняется это временем заряда абсорбционной емкости у сухой и влажной изоляции. В первом случае (сухая изоляция) время велико, ток заряда изменяется медленно значения Rиз, соответствующие 15 и 60 секундам после начала измерения, сильно различаются. Во втором случае (влажная изоляция) время мало — ток заряда изменяется быстро и уже к 15 секундам после начала измерения достигает установившегося значения, поэтому Rиз, соответствующие 15 и 60 секундам после начала измерения, почти не различаются.

Для оценки состояния волокнистой изоляции класса А, используемой в трансформаторах, применяется метод частотной зависимости емкости. Ток заряда геометрической емкости изменяется как у сухой, так и у влажной изоляции очень быстро. Ёмкость влажной изоляции в отличие от сухой изоляции содержит более значительную абсорбционную емкость, ток заряда которой изменяется медленнее, чем ток заряда геометрической емкости. Это свойство и использовано в методе частотной зависимости емкости, при которой измеряется емкость изоляции на частотах 2 и 50 Гц. При измерении емкости изоляции на частоте 50 Гц (С50) успевает проявиться только геометрическая емкость, одинаковая у сухой и влажной изоляции. При измерении емкости изоляции на частоте 2Гц (С2) успевает проявиться абсорбционная емкость влажной изоляции, так. как у сухой изоляции она меньше и заряжается она очень медленно. У сухой изоляции отношение С2/С50 в связи с этим близко к единице, а у влажной значительно больше единицы.

Читать еще:  Розетка штепсельная 220в 16а schuko

Зависимость емкости изоляции от частоты видна из выражения для двухслойного конденсатора:

Cw = C2 + ((Cф – C2)/(1 + w))

где Сw — емкость эффективная С2 — емкость геометрическая

СФ — емкость полная или Физическая (емкость двухслойного конденсатора при длительном заряде постоянным напряжением)

W — постоянная времени конденсата.

Наиболее распространенным методом определения состояния изоляции электрооборудования является измерение тангенса угла диэлектрических потерь. Как известно, tg есть отношение активной составляющей тока Iа, проходящего через изоляцию при приложении к ней переменного напряжения к реактивной Iс. Диаграмма представлена на рисунке 2.

Как видно из диаграммы, диэлектрические потери обуславливают наличие активной составляющей токов Iа = Iпр + IабсR в силу чего сдвиг фаз между напряжением U и током Iх отличается от 90 градусов на угол, называемый углом диэлектрических потерь. Чем больше этот угол, тем больше энергия рассеивается и, следовательно, диэлектрик менее качествен, а это может вызвать в свою очередь перегревы и другие различные нарушения в работе оборудования. Полные потери в диэлектрике:

Р = U*Ic*tg = wCx*U*tg

где U – напряжение, приложенное к диэлектрику; Cx – ёмкость объекта;

Ic – реактивная составляющая тока (I + Iабс)

Исходя из этих соотношений и векторной диаграммы, состояние изоляции можно характеризовать величиной:

В практике измерений, чтобы не оперировать малыми цифрами, абсолютное значение tg выражают в процентах:

Из рассмотрения схемы замещения диэлектрика и векторной диаграммы можно сделать ряд выводов:

  • При увлажнении диэлектрика или нагреве его сопротивления R1 и R2 уменьшаются и, следовательно, tg возрастает.
  • Угол диэлектрических потерь почти не зависит от геометрических размеров одно- родного диэлектрика в силу пропорциональности изменения активной и реактивной составляющих тока.
  • Местный, а также сосредоточенный, дефекты ухудшения диэлектрика, например при увлажнении, могут быть не выявлены при измерении tg так как токи, определяемые дефектом, могут быть значительно меньше токов ёмкости в целом.
  • По мере увеличения приложенного напряжения к диэлектрику отмечается весьма незначительной изменение tg. Лишь после того, как возникнет ионизация во включениях диэлектрика, вызывающая дополнительные потери, tg, будет резко возрастать.
  • При отрицательных температурах, когда влага диэлектрика переходит в твёрдое состояние, состояние изоляции по потерям трудно распознаваемо.
  • Измерение тангенса угла диэлектрических потерь проводится при помощи мостов переменного тока типа Р5026 или прибора «ВЕКТОР М».

Испытание изоляции электрооборудования повышенным напряжением производится для выявления грубых и сосредоточенных дефектов, которые, из – за недостаточного уровня напряженности электрического поля, не могли быть выявлены при предварительной проверке и изме- рениях. По этой причине испытание повышенным напряжением является основным испытанием, после которого выносится окончательное суждение о возможности нормальной работы оборудования в условиях эксплуатации. Испытание повышенным напряжением считается разрушающим испытательным методом испытания, т.к. в случае наличия дефекта изоляции приложение испытательного напряжения приводит к пробою изоляции.

Испытательное напряжение регламентируется «Объёмом и нормами испытаний электрооборудования». Конкретные значения испытательных напряжений для проведения испытаний соответствующего оборудования указаны в методиках на данный тип оборудования.

Условия испытаний и измерений

Влияние температуры подчиняется закону:

Rt2 = Rt1* 10((t2 – t1)/a)

Где: Rt1 и Rt2 — сопротивление изоляции постоянному току при температурах T1 и T2 соответственно.

а – коэффииент, зависящий от типа изоляции; для изоляции класса А – 40, для изоляции класса В – 60.

Сопротивление изоляции Rиз и коэффициент абсорбции Кабс не измеряются при температуре менее 10 С, так как в этом случае результаты измерения из-за нестабильного поведения влаги не отражают истинного состояния изоляции. При температуре ниже 0 С вода превращается в лед, а последний является реальным диэлектриком.

Испытания могут производится как до ремонта оборудования (профилактические испытания) – для выявления необходимости в ремонте по результатам испытания, так и после проведения ремонта (послеремонтные испытания) – для определения качества ремонта и пригодности оборудования к дальнейшей эксплуатации.

Высоковольтные испытания проводятся в следующем порядке: испытательное напряжение подаётся скачком до 1/3 необходимой величины, затем поднимается постепенно со скоростью примерно 2-3 кВ в секунду при периодическом контроле токов утечки (токов проводимости). После установки необходимой величины испытательного напряжения начинается отсчёт времени испытаний и фиксируется ток утечки (проводимости) в начале испытаний. За 5 секунд до окончания времени испытаний фиксируется ток утечки в конце испытаний, напряжение плавно снижается до нуля, испытательная установка отключается от сети, высоковольтный вывод заземляется. Если объект испытания имеет большую ёмкость, заземление испытательного вывода сначала производится через разрядное сопротивление, а затем заземляется напрямую (эти операции производятся с помощью специальной разрядной штанги).

Средства измерений.

Определение Rиз производится с помощью мегаомметров, которые представляют собой логометрический прибор, измеряющий ток, но со шкалой, отградуированной в мегаомах и килоомах.

Испытуемый объект

Предельное измеряемое сопротивление (МОм)

Зависимость электропроводности диэлектриков от температуры

Контрольные вопросы по лекции №5.

1. Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры для полярных диэлектриков.

2. Распределение поля в двухслойном диэлектрике.

3. Виды электропроводности в диэлектриках разных агрегатных состояний.

Для сравнительной оценки величин токов объемной и поверхностной проводимостей пользуются значениями удельного объемного сопротивления ρ и удельного поверхностного сопротивления ρs. Поверхностная и объемная проводимости обусловлены разными причинами. Поверхностная проводимость обусловлена присутствием влаги и прочих загрязнений на поверхности диэлектрика. Достаточно тончайшего слоя влаги на поверхности диэлектрика, чтобы была обнаружена заметная проводимость. Адсорбция влаги на поверхности диэлектрика находится в тесной зависимости от относительной влажности окружающей среды. Резкое уменьшение поверхностного сопротивления наблюдается при повышении относительной влажности до 70 – 80%. Удельное поверхностное сопротивление тем выше, чем меньше полярность вещества, чем чище поверхность вещества. Поверхностное сопротивление также может быть повышено за счет качества механической обработки поверхности. Особенно резкое снижение поверхностного сопротивления наблюдается для полярных диэлектриков, у которых образуется поверхностная пленка электролита. Для повышения поверхностного сопротивления применяются различные способы очистки поверхностей: промывка, прокаливание, кипячение в дистиллированной воде.

Схема установки для определения объемного и поверхностного сопротивления диэлектриков изображена на рис.3. На рис.3 цифрой 1 обозначен измерительный электрод, 2 – кольцевой электрод, используемый как заземляющий при определении объемного сопротивления и как высоковольтный при определении поверхностного сопротивления; 3 – электрод, используемый как высоковольтный при определении объемного сопротивления и как заземляющий при определении поверхностного сопротивления; 4 – испытуемый диэлектрик. Удельное объемное сопротивление диэлектрика может быть определено по формуле: ρ = R∙S/h, Ом∙м, где R – измеренное сопротивление образца, Ом, S – площадь измерительного электрода 1, м 2 ; h – толщина образца. Удельное поверхностное сопротивление определяется по формуле: ρs=2πRs/ln(d1/d2), Ом∙м, где Rs – измеренное сопротивление образца, Ом, d1 – внутренний диаметр кольцевого электрода 2 d2 – наружный диаметр измерительного электрода 1.

Читать еще:  Чем сверлить дырки под розетки

В отношении явления поверхностной проводимости можно сделать следующие обобщения. Зависимость удельной поверхностной проводимости от влажности обуславливается наличием на поверхности диэлектрика диссоциирующих на ионы веществ. Вода, попавшая на поверхность, способствует их выявлению Если эти вещества являются загрязнениями, то путем их удаления можно получать высокие значения удельного поверхностного сопротивления при любой влажности воздуха. Если такие вещества являются составной частью материала, то удельное поверхностное сопротивление будет сильно снижаться при увеличении влажности. Следует использовать специальные защитные покрытия для снижения гигроскопичности диэлектрика, обеспечивать несмачиваемость его поверхности водой. Например, покрытие керамики и стекол кремнийорганическими лаками значительно повышает величину удельного поверхностного сопротивления изделий во влажной среде.

Ток, обусловленный объемной проводимостью диэлектриков, имеет достаточно сложную форму даже при приложении постоянного напряжения. Ток объемной проводимости состоит из двух основных составляющих: 1) токи смещения и адсорбционные токи и 2) сквозные токи.

График тока при подаче постоянного напряжения представляет собой спадающую до установившегося значения экспоненту, убывающую от начального достаточно большого значения до относительно небольшого установившегося значения.

Начальный бросок тока вызван за счет упорядоченного перемещения частиц вещества в процессе поляризации. Некоторые виды поляризации вещества протекают практически мгновенно. Однако есть и виды поляризации, протекающие достаточно медленно, например релаксационная поляризация. Электрический ток, вызванный движением частиц в процессе поляризации вещества, называется током смещения. Когда задействованы относительно медленные механизмы поляризации, эту составляющую тока называют еще адсорбционным током.

Очевидно, что с течением времени эти составляющие тока уменьшаются до нуля. При постоянном напряжении токи смещения наблюдаются только в моменты включения и выключения напряжения. При переменном напряжении токи смещения имеют место постоянно в течение всего времени действия электромагнитного поля на материал.

Составляющая тока, которая не меняется со временем после приложения постоянного напряжения и представляет собой стационарный поток заряженных частиц, называется током сквозной проводимости, или током утечек. Именно по величине сквозного тока определяют удельную объемную и поверхностную проводимость диэлектрика. Ток сквозной проводимости обусловлен направленным движением носителей заряда, поставляемых ионогенными примесями или самим диэлектриком. Чтобы учесть влияние поляризационных токов, сопротивление твердого диэлектрика рассчитывают частное от деления приложенного напряжения к току, измеренному через одну минуту после включения напряжения.

Величина тока сквозной проводимости при длительном приложении постоянного напряжения может существенно изменяться в результате электрохимических процессов и образования объемных зарядов в диэлектрике. Строго говоря, величина сквозного тока не будет изменяться только при чисто электронном типе проводимости. Если при длительном приложении напряжения ток утечки продолжает снижаться, то электропроводность данного материала обусловлена в основном ионами примеси и она снижается за счет электроочистки образца. Если же ток утечки увеличивается, то это указывает на участие в образовании электрического тока собственных зарядов материала, т.е. имеет место электролиз. В этом случае материал стареет — в нем протекают необратимые электрохимические процессы, постепенно приводящие к разрушению (пробою) образца.

Удельная объемная электропроводность γ [См∙м]определяется концентрацией заряженных частиц n [м -3 ], величиной их заряда q [Кл] и подвижностью зарядов b [м 2 /(В∙с)] и определяется по формуле:

Эта формула не связана с природой носителя заряда и может применяться для всех видов электропроводности.

Подвижность электронов вследствие их малой массы примерно в 1000 раз выше, чем подвижность ионов. Несмотря на это, проводимость твердых и жидких диэлектриков носит именно ионный характер. Это объясняется тем, что для образования свободных ионов, например при диссоциации, требуется меньшая энергия, чем для образования свободных электронов. С повышением температуры концентрация свободных ионов возрастает по экспоненциальному закону. Подвижность ионов в диэлектрике с увеличением температуры также возрастает экспоненциально. Причины этого явления хорошо описаны в книге Колесова. Суммируя вышесказанное, получим, что с увеличением температуры удельная проводимость растет в результате увеличения концентрации и подвижности носителей заряда. При этом в случае жидких диэлектриков, основным процессом является увеличение подвижности свободных тонов, а в случае твердых диэлектриков – увеличение концентрации свободных ионов. Электропроводность полярных диэлектриков при нагревании возрастает быстрее, чем для неполярных.

Для учета зависимости проводимости диэлектрика от температуры в технике вводится так называемый температурный коэффициент сопротивления диэлектрика TKρ ( или αρ). Зависимость проводимости диэлектрика от температуры носит нелинейный характер, поэтому для заданного интервала температур вводят понятие «средний температурный коэффициент сопротивления диэлектрика», который вычисляется по формуле:

Параметры электропроводности диэлектриков и их зависимости

Электропроводность диэлектриков характеризуют: удельной объемной σv и поверхностной σs проводимостью, или удельным объемным ρv и поверхностным ρs сопротивлением. Принято, что удельное объемное сопротивление ρv численно равно сопротивлению куба Rv с ребром h=1 м, если ток проходит через две противоположные грани этого куба: ρv = RV*S/h, где RV – объемное сопротивление, Ом; S – площадь электрода (грани куба), м 2 ; размерность ρv –(Ом*м), а удельной проводимости σv – Сименс на метр (См/м).

Удельное поверхностное сопротивление ρs численно равно сопротивлению квадрата Rs выделенного на поверхности материала, если ток течет через две противоположные стороны квадрата: ρv = RS*d/l, где RS – поверхностное сопротивление образца материала между параллельно поставленными электродами шириной d, отстоящими друг от друга на расстояние l. Размерность ρs –(Ом), а удельной проводимости σs – См.

Если к диэлектрику приложить постоянное напряжение, то через него потечет ток I, который представляет сумму сквозного тока утечки Icк и тока абсорбции Iабс (тока смещения, возникающего вследствие неупругой поляризации): I=Iут + Iабс. На рисунке 38 показан характер изменения тока в диэлектрике во времени при включении. Заметим, что токи смещения при упругой поляризации очень кратковременны и их трудно зарегистрировать. Токи смещения при различных видах неупругих поляризаций наблюдаются у многих технических диэлектриков, и протекают при постоянном напряжении только в момент включения и выключения; при переменном напряжении они имеют место в течение всего времени нахождения материала в электрическом поле.

Ток абсорбции по мере установления поляризации постепенно спадает, и через диэлектрик устанавливается мало изменяющийся во времени сквозной ток утечки Iут, который определяется в основном электронной электропроводностью. Значение сопротивления при этом определяет сопротивление изоляции Rиз и может быть определено из закона Ома: Rиз=U/Iут, причем Iут измеряют через 1 минуту после подачи напряжения на образец, когда поляризационные токи Iaбс спадут.

Читать еще:  Розетки радиотрансляционные тип рпв 1

Сопротивление изоляции можно определить по формуле Rиз= .

Любые факторы, влияющие на концентрацию свободных носителей и их подвижность, влияют и на электропроводность диэлектриков. Основными из влияющих факторов является температура, напряженность электрического поля, время нахождения изоляции под напряжением, влажность материала.

При повышении температуры возрастает подвижность ионов и уменьшается вязкость материала. Носители заряда приобретают дополнительную энергию (энергию активации). Поэтому в слабых электрических полях удельная электрическая проводимость большинства твердых диэлектриков сильно зависит от температуры и описывается экспоненциальной зависимостью

где: А – постоянная для данного материала, зависящая от температуры; W – энергия активации носителей заряда (собственных и примесных ионов); k – постоянная Больцмана; Т – термодинамическая температура.

Экспоненциальное повышение удельной проводимости с увеличением температуры вызывается, прежде всего, повышением концентрации свободных носителей заряда, которая также описывается экспоненциальной зависимостью. Влияние возрастания концентрации носителей заряда в твердых диэлектриках при повышении температуры может подавляться уменьшением подвижности при повышении температуры, как это наблюдается при преобладающем рассеянии на тепловых колебаниях решетки. Можно сказать, что возрастание удельной электропроводности диэлектрика с повышением температуры происходит за счет повышения концентрации свободных носителей, при некотором уменьшении σ от возможного за счет теплового рассеяния на решетке.

В сильных электрических полях проводимость диэлектрика перестает следовать закону Ома, рисунок 39. Зависимость а) характерна для загрязненных диэлектриков, в которых с увеличением напряженности поля Е возрастает количество носителей заряда, а также для чистых ионных кристаллов, у которых в полях высокой напряженности появляется электронная проводимость. Зависимость б) характерна для не ионных диэлектриков высокой чистоты, у которых число носителей заряда ограничено.

На электропроводность диэлектриков сильное влияние оказывает влага. Вода сама диссоциирует на ионы, в ней растворяются частицы примесей, имеющиеся в диэлектрике: соли, остатки катализаторов, кислот, щелочей. Влага с растворенными ионогенными примесями проникает в поры, микротрещины диэлектрика, впитывается капиллярами, распределяется по границам раздела в слоистых диэлектриках. Поэтому увлажнение сильно уменьшает удельное объемное электрическое сопротивление диэлектрика. Например, в пористых диэлектриках (текстолит, мрамор и другие) с увеличением относительной влажности воздуха от нуля до 70% удельное объемное сопротивление ρv снижается от 10 12 до 10 6 Ом*м.

Для уменьшениявлагопоглощения и влагопроницаемости пористые изоляционные материалы пропитывают лаками или компаундами, покрывают глазурью. Пропитка уменьшает вредное влияние влаги на эксплуатационные параметры изоляции. Отметим, что процесс уменьшения ρ изоляции имеет обратимый характер: после сушки поглощенная влага удаляется, и удельное сопротивления возрастает до исходного значения.

Присутствие влаги в виде адсорбированной пленки на поверхности диэлектриков, смачиваемых водой –гидрофильных (угол смачивания у них меньше 90 о ), частично растворимых в ней или имеющих пористую структуру, резко повышает поверхностную электрическую проводимость σs (рисунок 40, кривые 2, 3). Поверхностный сквозной ток при этом может даже превысить объемный сквозной ток, и вызвать нагрев поверхности до температуры выше 100 о С.

Не смачиваемые водой диэлектрики –гидрофобные (полистирол, фторпласт-4, парафин) и полярные смачиваемые, но нерастворимые диэлектрики (церезин, слюда, некоторые виды керамик) изменяют свое поверхностное сопротивление незначительно.

Загрязнение поверхности диэлектрика пылью, жировыми пленками облегчает конденсацию влаги на ней и уменьшает ρs, особенно у полярных материалов. Например, ρs у плавленого кварца в воздухе с относительной влажностью 70% после очистки поверхности имеет ρs = 10 13 Ом, а при неочищенной – ρs

Для защиты от действия поверхностной влаги диэлектрик покрывают специальными покровными лаками и герметиками.

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.002 с) .

Классификация диэлектриков по виду поляризации

Все диэлектрики по виду подразделяются на несколько групп.

К первой группе можно отнести диэлектрики, обладающие в основ­ном только электронной поляризацией, например неполярные и слабополярные твердые вещества в кристаллическом и аморфном состояниях (парафин, сера, полистирол), а также неполярные и слабополярные жидкости и газы (бензол, водород и др.).

Ко второй группе относятся диэлектрики, обладающие одновре­менно электронной и дипольно-релаксацнонной поляризациями.

Сюда принадлежат полярные (дипольные) органические, полужидкие и твердые вещества (масляно-канифольные компаунды, эпоксидные смолы, целлюлоза, некоторые хлорированные углеводороды и т. п.).

Третью группу составляют твердые неорганические диэлектрики с электронной, ионной и ионно-электронно-релаксационной поля­ризациями. Здесь целесообразно выделить две подгруппы материалов ввиду существенного различия их электрических ха­рактеристик:

— диэлектрики с электронной и ионной поляризациями (кристаллические вещества с плотной упаковкой ионов (кварц, слюда, каменная соль , корунд));

— диэлектрики с электронной, ионной и релаксационными поля­ризациями (неорганические стекла, материалы, содержащие стекловидную фазу (фарфор, микалекс) и кристаллические диэлектрики с неплотной упаковкой частиц в решетке).

Четвертую группу составляют сегнетоэлектрики, характеризу­ющиеся спонтанной, электронной, ионной и электронно-ионно-релаксационной поляризациями (сегнетова соль, титанат бария ).

Электропроводность диэлектриков

Поляризационные процессы смещения связанных зарядов в ве­ществе до момента установления равновесного состояния протекают во времени, создавая токи смещения, в диэлектриках. Токи смеще­ния упругосвязанных зарядов при электронной и ионной поляри­зациях столь кратковременны, что их обычно не удается зафиксиро­вать прибором. Токи смещения различных видов замедленной поля­ризации, наблюдаемые у большого числа технических диэлектриков, называют абсорбционными токами. При постоянном напряжении абсорбционные токи, меняя свое направление, протекают только в моменты включения и выключения напряжения; при переменном напряжении они протекают в течение всего времени нахождения материала в электрическом поле.

Наличие в технических диэлектриках небольшого числа свобод­ных зарядов приводит к возникновению слабых по величине сквоз­ных токов. Ток утечки в техническом диэлектрике представляет собой сумму сквозного тока и тока абсорбции (рис. 47):

Рис. 47. Зависимость тока утечки через диэлектрик от времени

После завершения процессов поляризации через диэлектрик протекает только сквозной ток. Токи смещения необходимо принимать во внимание при измерениях проводимости диэлектриков ввиду того, что при неболь­шой выдержке образца диэлектрика под напряжением обычно регистрируется не только сквозной ток, но и сопровождаю­щий его ток абсорбции, вследствие чего может создаться неправильное представ­ление о большой проводимости. Проводи­мость диэлектрика при постоянном напря­жении определяется по сквозному току.

При переменном напря­жении активная проводимость определяется не только сквозным током, но и активными составляющими абсорбционных токов (рис. 48).

Рис.48. Проводимость диэлектриков при переменных полях f 1

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector