Aviatreid.ru

Прокат металла "Авиатрейд"
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Электропроводность диэлектриков тоже возрастает. При температуре, близкой к абсолютному нулю, проводимость полупроводников и диэлектриков практически нулевая. По электрическим свойствам полупроводники стоят ближе к диэлектрикам, чем к металлам, от которых они имеют принципиальное качественное отличие.  [16]

Электропроводность диэлектриков после облучения в одних случаях возрастает, в других — падает. Увеличению электропроводности способствует возрастание числа ионных носителей тока.  [18]

Особенностью электропроводности диэлектриков в большинстве случаев является ее неэлектронный ( ионный) характер.  [19]

Кроме перечисленных, электропроводность диэлектриков имеет различный характер в зависимости от агрегатного состояния диэлектрика.  [20]

При постоянном напряжении электропроводность диэлектрика определяется по сквозному току. В начальный период времени после включения напряжения сквозной ток сопровождается током абсорбции.  [21]

При постоянном напряжении электропроводность диэлектрика определяется по сквозному току. В начальный период времени после включения напряжения сквозной ток сопровождается током абсорбции. Это обстоятельство необходимо принимать во внимание при измерениях электропроводности диэлектриков, ввиду того что при небольшой выдержке образца под напряжением обычно регистрируется не только сквозной ток, но и сопровождающий его ток абсорбции.  [22]

Некоторое влияние на электропроводность диэлектриков оказывает также напряженность поля в образце, при которой проводится измерение.  [23]

Какими параметрами оценивают электропроводность диэлектриков .  [24]

Существенное влияние на электропроводность диэлектриков оказывает влажность. Присутствие даже малого количества воды способно значительно уменьшить электросопротивление изолятора. Дело в том, что растворимые в воде примеси диссоциируют на ионы. Увлажнение также способствует диссоциации основного вещества диэлектрика. Особенно сильно влага воздействует на волокнистые материалы, когда могут образовываться сплошные водяные пленки вдоль волокон, пронизывающие изоляцию. Поэтому гигроскопичные материалы подвергают сушке и пропитывают или покрывают лаками или компаундами.  [25]

По сравнению с металлами электропроводность диэлектриков очень мала.  [26]

Как влияет влажность на электропроводность диэлектрика .  [27]

Третьим важным аспектом явления электропроводности диэлектриков следует считать механизмы переноса заряда. Этот механизм называется дрейфовым, если большую часть времени носители заряда тратят на движение ( в том числе и ускоренное движение в электрическом поле), а меньшую — на соударение, захват и рассеяние на других частицах. Дрейфовая скорость заряженных частиц под воздействием электрического поля обычно гораздо ниже, чем скорость их хаотического перемещения. Вторым важным механизмом следует считать прыжковый, о котором уже говорилось выше в связи с поляронной проводимостью. При этом механизме носители заряда большую часть времени находятся в локализованном состоянии и лишь незначительную часть времени тратят на движение — перескок на соседний узел кристаллической решетки. И наконец, возможен диффузионный механизм переноса заряда, при котором за счет беспорядочных хаотических движений носителей заряда выравнивается их концентрация в диэлектрике. При этом носители заряда перемещаются из области повышенной концентрации в область меньшей концентрации одинаковых частиц.  [28]

Рассмотренные нами процессы поляризации и электропроводности диэлектриков позволяют проанализировать характер изменения тангенса угла диэлектрических потерь в зависимости от температуры и частоты приложенного напряжения. Это связано с увеличением тока проводимости, а следовательно, активных потерь мощности.  [30]

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).

Читайте так же:
Розетка 10см 6шт 500пк stella

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.

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.

Читайте так же:
Установить варочную панель мощность розетки

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) .

Электропроводность диэлектриков. Основные параметры

Токи сквозной электропроводностисвязаны с наличием в диэлектриках небольшого количества свободных зарядов и инжекцией их из электродов.

Проводимость диэлектрика при постоянном напряжении определяется по сквозному току, который сопровождается выделением и нейтрализацией зарядов на электродах. При определении проводимости диэлектриков на постоянном напряжении следует выдерживать их в электрическом поле до полного прекращения протекания токов смещения. При переменном напряжении активная проводимость определяется не только сквозным током, но и активными составляющими токов смещения.

Электропроводностьдиэлектриков в большинстве случаев ионная, реже –электронная.

У твердых диэлектриков различают объемную и поверхностную электропроводности. Для их сравнительной оценки у разных материалов используют удельное объемное r и удельное поверхностное rs сопротивления.

Удельное объемное сопротивление r численно равно сопротивлению куба с ребром в 1 м, мысленно выделенного из материала, если ток проходит через две противоположные грани этого куба и имеет размерность [Ом×м]; 1 Ом×м = 100 Ом×см.

В случае плоского образца материала при однородном поле r рассчитывают по формуле:

R – объемное сопротивление, Ом;

S – площадь электрода, м 2 ;

h – толщина образца, м.

Удельное поверхностное сопротивление rs численно равно сопротивлению квадрата (любых размеров), мысленно выделенного на поверхности материала, если ток проходит через две противоположные стороны этого квадрата.

Размерность rs [Ом]. Удельное поверхностное сопротивление определяется по формуле:

Rs – поверхностное сопротивление образца материала между параллельно поставленными электродами ширинойd, отстоящими друг от друга на расстоянии r.

По удельному объемному сопротивлению можно определить удельную объемную проводимость:

и соответственно удельную поверхностную проводимость:

Электропроводность диэлектриков зависит от их агрегатного состояния, а также от влажности и температуры окружающей среды.

Читайте так же:
Что такое художественная розетка

Сопротивление диэлектрика (сопротивление изоляции) 𝑅из,

заключенного между двумя пластинами, к которым приложено

напряжение 𝑈, вычисляется по формуле:

Σ︀𝐼пол = 𝐼абс — сумма токов, вызванных замедленными меха-

низмами поляризации.

Полная проводимость твердого диэлектрика есть сумма объемной и поверхностной проводимостей:

Величина, характеризующая время, в течение которого на-

пряжение на обкладках конденсатора, отключенного от питания, уменьшается вследствие разрядки в 𝑒раз,

называется постоянной времени 𝜏0:

Диэлектрические потери

В инженерной практике чаще всего для характеристики рассеивать энергию в электрическом поле используют угол диэлектрических потерь. А так же тангенс этого угла.

Основные понятия

Диэлектрическими потерями называют электрическую мощность, затрачиваемую на нагрев диэлектрика, находящегося в электрическом поле.

Рассмотрим эквивалентную схему конденсатора с диэлектриком, обладающим потерями. Она построена путем замены конденсатора с потерями на идеальный конденсатором с параллельно или последовательно включенным активным сопротивлением (рис. 3.5).

Электропроводность диэлектриков. Основные параметры - №6 - открытая онлайн библиотека

Рис. 3.5. Параллельная (а) и последовательная (б) эквивалентные схемы диэлектрика с потерями и векторные диаграммы для них

Обе схемы эквивалентны друг другу, если при равенстве полных сопротивлений Z1=Z2=Z равны соответственно их активные и реактивные составляющие. Это условие будет соблюдено, если углы сдвига тока относительно напряжения равны и значения активной мощности одинаковы.

Для параллельной схемы:

Ia – активная составляющая тока;

Ic – реактивная составляющая тока.

Тогда из векторной диаграммы для параллельной схемы:

Мощность, рассеиваемая в диэлектрике, для данной схемы равна:

Для последовательной схемы:

где Ua – активная составляющая напряжения; Uc – реактивная составляющая напряжения.

Тогда из векторной диаграммы для последовательной схемы:

Мощность, рассеиваемая в диэлектрике, для данной схемы равна:

где — реактивная составляющая сопротивления цепи.

Из приведенных выражений для параллельной и последовательной схем можно найти соотношения между Ср и Сs, а также между R и r:

Таким образом, углом диэлектрических потерь d называют угол, дополняющий до 90° угол сдвига фаз j между током и напряжением в емкостной цепи.

В случае идеального диэлектрика вектор тока в цепи опережает вектор напряжения на угол 90°, при этом угол d равен нулю. Чем больше рассеиваемая в диэлектрике мощность, тем меньше угол сдвига фаз j и тем больше угол диэлектрических потерь d и его функция tgd.

Для доброкачественных диэлектриков можно пренебречь значением tg 2 d по сравнению с единицей и считать Cp»Cs=C. Тогда выражения для мощности, как у параллельной, так и у последовательной схем будут одинаковы:

где Ра выражено в Вт; U – в В; w — в с -1 ; C – в Ф.

Как видно, тангенс угла диэлектрических потерь непосредственно входит в формулу для рассеиваемой в диэлектрике мощности, поэтому практически наиболее часто пользуются этой характеристикой.

Диэлектрические потери по их физической природе можно разделить на четыре основных вида: потери на электропроводность, релаксационные потери, ионизационные потери, резонансные потери.

Пробой диэлектриков

Минимальное напряжение Uпр, приводящее к образованию в диэлектрике электропроводящего канала, называется пробивным напряжением.

Электрическая прочность, то есть способность диэлектрика сохранять высокое удельное сопротивление, характеризуется напряженностью электрического поля при пробое изоляции в однородном электрическом поле

Eпр =Uпр / d , В/м,(3.28)

Uпр – пробивное напряжение, В;

d – толщина диэлектрика, м.

Электрическая прочность не является фундаментальным параметром материала.

Различают следующие механизмы пробоя диэлектриков:

В режиме, близком к электрическому пробою, зависимость удельной

проводимости от напряженности поля описывается эмпирической формулой Пуля

Читайте так же:
Схема двухфазного подключения розетки

а в некоторых случаях формулой Френкеля

γ0 – удельная проводимость в области независимости γ от E,

β1, β2 – коэффициенты, характеризующие материал.

КОНДЕНСАТОРЫ

Электроемкость

Электроемкость (С) любого конденсатора называется физическая величина, численно равная отношению заряда (G) одной из обкладок конденсатора к разности потенциалов (U) между обкладками

Электроемкость плоского конденсатора в СИ выражается формулой:

Где: — S – площадь одной из обкладок конденсатора;

— d –. расстояние между обкладками

При параллельном включении конденсаторов их электроемкость складывается

При последовательном включении конденсаторов их электроемкость рассчитывается по формуле

Энергия (W) заряженного конденсатора в СИ выражается формулой

Если к электродам, между которыми расположен какой либо диэлектрик толщиной h, приложить напряжение U, то в диэлектрике возникает электрическое поле E с напряженностью равной U/ h (В/м)

Распределение напряженности электрического поля в двухслойном диэлектрике описывается выражением:

где: — ε 1, ε 2 – диэлектрические проницаемости материал слоев;

— Ε1, Ε2–. напряженность электрического поля в данных диэлектриках.

Электропроводность диэлектриков

Проводимость диэлектриков хотя и очень мала по сравнению с проводимостью проводников, но не равна нулю. В технических диэлектриках всегда есть небольшое количество свободных зарядов, которые перемещаются в электрическом поле. Однако правильно определить ток через диэлектрик (или сопротивление диэлектрика) не так просто, так как ток зависит от времени.

Проводимость диэлектрика принято определять по сквозномутоку. Однако одновременно идёт поляризация диэлектрика, возникает ток заряда ёмкости (ток смещения), вследствие чего может создаться неправильное представление о большой проводимости.

Электропроводность диэлектрика также зависит от агрегатного состояния: газообразный, жидкий, твёрдый диэлектрик.

Электропроводность газов. Газы при небольших значениях напряжённости электрического поля обладают исключительно малой электропроводностью. Ток в газах может возникнуть только при наличии в них ионов или свободных электронов. Ионизация нейтральных молекул газа возникает в результате двух процессов:

1) под действием внешних факторов;

2) вследствие соударений заряженных частиц с молекулами (в сильных полях).

Внешними факторами, вызывающими ионизацию газа, являются, например, фотоны с энергией Wф > Wвых. Достаточную энергию имеют ультрафиолетовые и космические лучи, а также радиоактивное излучение.

На рис.3. приведена зависимость плотности тока от напряжённости электрического поля j = f(E) для газообразного диэлектрика.

Рис.3. Зависимость плотности тока в газе от напряжённости

На начальном участке (до напряжённости Е1) зависимость близка к линейной. Здесь запас положительных и отрицательных ионов достаточный. При напряжённости Е1 наступает насыщение, т. е. все образовавшиеся ионы уходят к электродам, и дальнейшее увеличение напряжённости не приводит к росту плотности тока. При увеличении напряжённости плотность тока остаётся постоянной лишь до тех пор, пока ионизация осуществляется под действием внешних фактов.

Однако уже при напряжённости Еи плотность тока опять начинает возрастать, быстрее, чем по закону Ома. Это объясняется тем, что электроны между соударениями набирают достаточную кинетическую энергию

(W = g E λ ≥ Wвых), и начинается ударная ионизация. В результате количество заряженных частиц быстро увеличивается, и при дальнейшем увеличении напряжённости наступает пробой диэлектрика. Для воздуха при нормальных условиях процесс ударной ионизации наступает при напряжённости Еи ≈ 10 кВ/см.

Электрическая проводимость газов в обычных условиях эксплуатации не зависит от температуры.

Электропроводность жидких диэлектриков.У жидких диэлектриков электропроводность сильно зависит от двух основных причин:

1) наличия примесей;

2) строения молекул (неполярная или полярная).

Читайте так же:
Пневматические пистолеты макарова розетка

В неполярных жидкостях число носителей заряда в единице объема невелико и проводимость мала, если в них нет примесей. Жидкие диэлектрики легко загрязняются. Вода самое распространённое «загрязнение», которое увеличивает электропроводность жидкости. Она может быть в трёх состояниях:

а) в молекулярно-растворённом;

б) в виде эмульсии, т. е. в виде мельчайших капелек, находящихся в диэлектрике во взвешенном состоянии;

в) в виде избыточной воды (избыточная вода в трансформаторном масле собирается на дне, а в соволе – на поверхности).

Электропроводность жидкого диэлектрика, не имеющего никаких примесей и загрязнений, ионная.

Полярные жидкости всегда имеют повышенную проводимость по сравнению с неполярными жидкостями, причём, чем больше диэлектрическая проницаемость диэлектрика, тем выше диссоциация и проводимость. Сильно полярные жидкости (например, вода) отличаются настолько высокой проводимостью, что рассматриваются уже не как жидкие диэлектрики, а как проводники с ионной проводимостью.

Неполярные диэлектрики меньше подвержены диссоциации, у них меньше электропроводность.

Удельная проводимость любой жидкости зависит от температуры. Для узкого интервала температур с достаточной степенью точности может быть применена формула γ = γо exp(α·t), где γо и α – постоянные величины для данной жидкости.

До напряжённости Е > 100 – 1 000 кВ/см ток подчиняется закону Ома, а затем закон Ома нарушается, начинается процесс ионизации.

Электропроводность твёрдых диэлектриков.Полная проводимость твёрдого диэлектрика, соответствующая сопротивлению его изоляции, складывается из объёмной и поверхностной проводимостей. Такое разделение вызвано тем, что поверхность диэлектрика, работающего в загрязнённой атмосфере промышленных предприятий, адсорбирует воду, пыль, газы и другие вещества, тем самым сильно снижая полное сопротивление диэлектрика.

Объемная электропроводность твёрдых диэлектриков обуславливается передвижением как ионов самого диэлектрика, так и ионов примесей. Температурная зависимость удельной проводимости твёрдого диэлектрика с примесями имеет вид

γ = A1 exp+ A2 exp,

где А1 и W1 – параметры, характеризующие примесную проводимость;

А2 и W2 – параметры, характеризующие собственную проводимость;

k – постоянная Больцмана; Т – абсолютная температура.

В сравнительно слабых полях (до напряжённости Е1) проводимость не зависит от напряжённости электрического поля, соблюдается закон Ома. В сильных полях начинается ударная ионизация электронов, и проводимость резко возрастает.

У гигроскопичных материалов объёмная проводимость зависит от влажности. Наличие в них влаги, даже в ничтожных количествах, резко увеличивает проводимость (уменьшает сопротивление). У некоторых диэлектриков, не обладающих объёмной влагопоглощаемостью, объёмная проводимость не зависят от влажности (например, у керамики).

Поверхностная электропроводность определяется способностью поверхности диэлектрика адсорбировать загрязняющие компоненты. Особенно сильно на электропроводность влияет влага. Иногда достаточно тончайшего слоя влаги на поверхности, чтобы существенно уменьшить удельное поверхностное сопротивление ρs.

Все твёрдые диэлектрики можно разделить на гидрофильные и гидрофобные. У гидрофобных материалов поверхностное сопротивление мало зависит от влажности. У гидрофильных материалов влага распределяется тонким непрерывным слоем по всей поверхности, в ней растворяются другие загрязнения, и удельное поверхностное сопротивление резко снижается.

Полярные диэлектрики характеризуются более низкими значениями удельного поверхностного сопротивления, заметно уменьшающимися во влажной среде. Особенно резкое понижение удельного поверхностного сопротивления можно наблюдать у полярных диэлектриков, частично растворимых в воде, у которых на поверхности образуется плёнка электролита. Кроме того, к поверхности полярных диэлектриков лучше прилипают различные загрязнения, также приводящие к снижению удельного поверхностного сопротивления.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector