ДП в твердых диэлектриках ионного строения

В кристаллических диэлектриках с плотной упаковкой ионов (кварц, слюда, керамика) наблюдаются электронная и ионная поляризации, не вызывающие рассеивание мощности приложенного электрического поля, поэтому диэлектрические потери в этом случае обусловлены только удельной электропроводностью и имеют небольшие значения , который при нагревании незначительно возрастает, так как возрастает удельная электропроводность. Наличие примеси, искажающей кристаллическую решетку, приводит к существенному увеличению .

В диэлектриках аморфных и кристаллических с неплотной упаковкой ионов (в неорганических стеклах, асбесте, электротехнической керамике), кроме электронной и ионной поляризаций, имеется и ионно-релаксационная, вызывающая соответствующие потери. ДП в этом случае обусловлены электропроводностью и И-Р поляризацией (рис. 4.11 а, кривые 1 и 2). ДП в этих диэлектриках выше и составляют и сильно зависят от температуры.

Твердые диэлектрики молекулярного строения

В неполярных диэлектриках (например, в парафине) потери обусловлены только удельной электропроводностью. У этих диэлектриков наблюдается электронная поляризация; релаксационные виды поляризации отсутствуют. Диэлектрические потери небольшие () и при нагревании слегка возрастают (рис. 4.7 а). Наличие ионогенной примеси (например, влаги) приводит к существенному возрастанию диэлектрических потерь.

В полярных диэлектриках (напрмер, в канифоли) на кривых зависимости от температуры и частоты напряжения, подобно полярным жидким диэлектрикам, проявляется максимум тангенса угла диэлектрических потерь, обусловленный ДРП. В этих диэлектриках, так же как и в жидких полярных, диэлектрические потери складываются из потерь, обусловленных электропроводностью и ДРП. Величина

Пробой диэлектриков

Пробоем диэлектрика называют такое его состояние, когда диэлектрик при некотором значении напряженности электрического поля утрачивает свои электроизоляционные свойства. В диэлектрике образуется канал проводимости.

Следствием пробоя является ток короткого замыкания I_кз, который не зависит от природы диэлектрика и определятся лишь мощностью источника напряжения и сопротивлением внешней цепи.

Ток короткого замыкания приводит к механическому и тепловому разрушению твердого диэлектрика – образуется сквозное проплавленное отверстие. Изделие с пробитой изоляцией не подлежит эксплуатации, так как при вторичной подаче напряжения произойдет повторный пробой диэлектрика, но узе при более низком напряжении. При пробое газообразных или жидких диэлектриков в результате подвижности молекул после снятие напряжения пробитый участок восстанавливает свои первоначальные свойства и такой диэлектрик можно использовать вновь.

Твердый диэлектрик:

i_кз механическое разрушения сквозное проплавленное отверстие

тепловое

Жидкий и газообразный диэлектрик: в результате подвижности молекул после снятие напряжения пробитый участок восстанавливает свои первоначальные свойства.

Как я Вам уже говорил, напряжение при котором происходит пробой, называется пробивным напряжением U_пр, а напряженность электрического поля в данном случае характеризует электрическую прочность E_пр – минимальное значение напряженности электрического поля, при котором наступает пробой, в простейшем случае можно принять:

где h – толщина диэлектрика в месте пробоя.

В Международной системе единиц измеряется в вольтах на метр, В/м. На практике в качестве единицы измерения используют киловольт на миллиметр, кВ/мм, для газов – кВ/см:

10 кВ/см=1 кВ/мм=1МВ/м=10⁶В/м.

В первую очередь E_пр зависит от:

ü степени однородности вещества:

o у ТД – от количества и размера пор.

o У ЖД – от частиц нерастворенной примеси,

o У воздуха – от микрокапель влаги;

ü Химического состава и строения материала;

ü Толщины образца (расстояния между электродами);

ü Частоты и времени приложения напряжения;

ü Давления;

ü Влажности и т.д.

Следует отметить, что для надежной работы электрических устройств (деталей) U_раб берется всегда ниже, чем U_пр изоляции. Отношение U_пр/U_раб представляет собой коэффициент запаса электрической прочности изоляции.

Различают пробой:

ü Полный – канал проводимости проходит через всю толщу диэлектрика от одного электрода к другому (рисунок 5.1 а)

ü Неполный (коронный разряд) – канал проводимости не достигает одного из электродов;

ü Частичный – пробой происходит только в газовых или жидкостных включениях (порах) твердой изоляции.

Пробой может быть поверхностным и внутренним.

Поверхностный пробой возникает не сквозь толщу диэлектрика, а на границе раздела сред.