 |
 |
 |
 |
где £ - напряженность поля; Y - электропроводность, подчиняющаяся закону ОМа; ip - коэффициент, характеризующий материал
Наряду с указанными факторами иа электроцроводность твердых диэлектриков большое влияиие оказывает состояние их поверхности.
Поверхностная электропроводность зависит от количества влаги на поверхности диэлектрика, его диэлектрической проницаемости и от чистоты поверхности. Чем чище поверхность диэлектрика и чем меньше его проницаемость, тем ниже поверхностная элек11ропровод-иость.
Для сравнительной оценки различных диэлектрических .материалов пользуются значениями удельного объемного и поверхностного сопротивлений - величинами, обратными значениям электропроводности.
Для тела с постоянным поперечным сечением S и длиной h удельное объемное сопротивление определяется формулой
S
где pv - удельное объемноь сопротивление, ом-см.
Удельное поверхностное сопротивление диэлектрика - это сопротивление участка повер.хносгн диэлектрика между параллельными электродами длиной Ь, отстоящих друг от друга на расстоянии а:
где ps - удельное поверхностное сопротивление, ом.
Потери в диэлектриках
Диэлектрическими потерями называются потери мощности в диэлектрике под действием приложенного к нему напряжения. Потери в диэлектриках носят сложный характер и определяются природо!! вещества, его строением и составом.
В реальных диэлектриках, кроме потерь, обусловленных поляризационными токами и сквозной проводимостью, происходит рассеивание энергии за счет присутствия полупроводящих примесей в виде влаги, окислов металлов, углерода и др., а также из-за наличия газовых включений, понизирующихся при высоком напряжении и повышенной частоте.
Аналитические выражения для диэлектрических потерь можно получить при рассмотрении эквивалентных схем диэлектрика с потерями, изображенных «а рис. 5. Параметры эквивалентных схем определяются равенством мощности, рассеиваемой в рассматриваемом конденсаторе и в реальном диэлектрике, при одинаковом сдвиге фаз между током и напряжением.
Из приведенных векторных диаграмм можно получить выражения для тангенса угла диэлектрических потерь и рассеиваемой мощности. Так, для параллельной схемы замещения (рис. 5,а)
fne <o-угловая частота, сек-; Ср-ёМ«Ос+ь кондейсатора,; i?L сопротивление потерь, ом; У-.напряжение, приложенное к конденсатору, в.
Рис. 5. Параллельная (а) и последовательная (б) эквивалентные схемы диэлектрика с потерями и векторные диаграммы для них.
Эта формула широко применяется и справедлива для любых размеров и любой формы электродов и электрического поля. Для лосле-довательной схемы (рис. 5,6)
t/2<oC, tg 8
Между значениями емкости и сопротивления потерь для различных эквивалентных схем имеется определенное соотношение:
1 -f tg4
/? = г 1 -f
В некоторых случаях рассматриваемые выражения потерь могут быть использованы для расчета частотной зависимости tg б. При этом выбор эквивалентной схемы должен быть обоснован физически. Если потерн в диэлектрике определяются в основном сквозной проводимостью, то следует пользоваться формулами для параллельной схемы. Если же потери конденсатора определяются сопротивлением подводящих Проводников и обкладок, то целесообразно воспользоваться формулами для последовательной схемы. 10
Потери в газах при невысоких напряжениях очень малы и определяются только их сквозной проводимостью. Тангенс угла потерь может быть рассчитан по следующей формуле:
1,8.10
где 6 - относительная диэлектрическая проницаемость; f - частота, гц; pv - удельное объемное сопротивление, ом • см.
При высоких напряжениях, когда напряженность поля достигает критического значения, 1возникаюш,ая ионизация вызывает резкое увеличение потерь.
Потери в нейтральных жидких диэлектриках невелики и определяются только сквозной проводимостью примесей. Их величина может быть рассчитана по предыдущей формуле.
Полярные жидкости характеризуются повышенным значением потерь, обусловленных проявлением сквозной проводимости и дипольио-релаксацнонной поляризации. Для них характерны температурный и частотный максимум тангенса угла потерь.
Потери в твердых диэлектриках молекулярной структуры с неполярными молекулами (сера, парафин, полиэтилен, фторопласт-4 и др.) определяются только сквозной проводимостью. Они чрезвычайно малы и практически не зависят от частоты. В полярных диэлектриках проявляется дипольно-релаксационная поляризация и, следовательно, существует частотный и температурный максимум тангенса угла потерь.
В неорганических диэлектриках ионной структуры (корунд, каменная соль) потери зависят в основном от плотности упаковки ионов в решетке. В случае компактной упаковки ионов потери в области низких температур малы, а с повышением температуры возрастают за счет проявления сквозной проводимости.
В керамических материалах (фарфор, стеатит и др.), отличающихся неплотной упаковкой ионов, наблюдаются релаксационные потери, которые значительно возрастают с температурой.
Потери в стеклах определяются соотношением окислов металлов, входящих в их состав. Наличие и(елочных окислов (NaO, К2О) способствует увеличению потерь, а введение окислов тяжелых металлов (ВаО, РЬО) уменьшает тангенс угла потерь
Пробой диэлектриков
Пробой диэлектриков сопровождается резким возрастанием их проводимости и потерей, в конечном счете, изоляционных свойств.
Напряжение н напряжениость электрического поля (электрическая Прочность), при которых происходит пробой диэлектрика, называются пробивными:
- Л *
где Япр - пробивная напряженность, кв/мм или кв/см; U„p - пробивное напряжение, кв; h - толщина диэлектрика, мм или см.
Величина электрической прочности зависит от природы диэлектрика и связана с электрохимическими и тепловыми процессами, сопровождающими явление пробоя.
0 1 [ 2 ] 3 4 5 6 7 8 9