Электропроводность диэлектриков
По своему назначению электроизоляционные материалы не должны пропускать электрический ток. Однако, поляризационные процессы смещения связанных зарядов в веществе, обуславливают появление поляризационных токов или токов смещения в диэлектрике. Они протекают до момента установления равновесного состояния. При электронной и ионной поляризациях эти токи протекают практически мгновенно и приборами, как правило, не фиксируются. Токи смещения, обусловленные различными видами релаксационных поляризаций, называют абсорбционными токами. При постоянном напряжении абсорбционные токи наблюдаются только в период включения и выключения напряжения. Под воздействием переменного напряжения эти токи протекают всё время до момента отключения напряжения. Учитывая, что в технических диэлектриках имеются свободные заряды, способные перемещаться под действием электрического поля, кроме абсорбционных токов, протекает также ток сквозной электропроводности. Общий ток в диэлектрике можно представить в виде суммы сквозного и абсорбционного токов. Этот ток называется током утечки. Зави Рис.2.1.Зависимость величины тока утечки через диэлектрик от времени. Длительная работа твёрдых и жидких диэлектриков может привести как к увеличению, так и к уменьшению сквозного тока. Уменьшение сквозного тока объясняется тем, что электропроводность была обусловлена носителями зарядов, содержащимися в примесях и со временем произошла электрическая очистка образца. Увеличение тока со временем связано с протеканием в диэлектрике необратимых процессов старения вещества под напряжением и участием в электропроводности зарядов, которые являются структурными элементами самого вещества. Электропроводность диэлектриков объясняется наличием в них свободных, то есть не связанных с определёнными молекулами и способных перемещаться под действием электрического поля ионов, молионов , электронов или дырок. Для многих электроизоляционных материалов характерна ионная электропроводность, связанная с переносом ионов, то есть с явлением электролиза. В ряде случаев электролизу подвергается основное вещество диэлектрика. Однако, имеют место случаи ( в основном для органических диэлектриков), когда молекулы основного вещества диэлектрика не обладают способностью подвергаться диссоциации, но ионная электропроводность возникает благодаря присутствию неизбежных загрязнений - воды ,солей, кислот, щелочей и пр. Даже незначительное содержание примесей заметно влияет на проводимость диэлектриков. У диэлектриков с ионным характером электропроводности соблюдается закон Фарадея: количество выделившегося при электролизе вещества пропорционально количеству прошедшего через вещество электричества. Молионная электропроводность наблюдается в коллоидных системах, которые представляют тесную смесь двух фаз, причём одна фаза (дисперсная) в виде мелких частиц равномерно взвешена в другой (дисперсной среде).Из коллоидных систем в электроизоляционной технике наиболее часто встречаются эмульсии ( обе фазы жидкости) и суспензии ( дисперсная фаза - твёрдое вещество, дисперсная среда - жидкость). Стабильность коллоидных систем объясняется наличием на поверхности частиц дисперсной фазы электрических зарядов. При воздействии на коллоидную систему электрического поля частицы приходят в движение, что проявляется как явление электрофореза. При электрофорезе в отличии от электролиза не наблюдается образование новых веществ, а лишь меняется относительная концентрация дисперсной фазы в различных частях объёма системы. Молионная электропроводность наблюдается в жидких лаках и компаундах, в увлажненных маслах и т.д. В некоторых диэлектриках наблюдается электронная электропроводность. Так рутил , ряд титанатов и др. проявляют электронный характер электропроводности. В сильных электрических полях возможна ин-жекция зарядов (электронов, дырок) в диэлектрик из металлических электродов, а также образование ионов и электронов в результате ударной ионизации. Проводимость диэлектрика может быть определена по формуле (2.1) где - ток утечки, - сумма токов, вызванных замедленными механизмами поляризации, - приложенное постоянное напряжение. Для твёрдых диэлектриков различают объёмную проводимость изоляции , численно определяющую проводимость через толщину материала, и поверхностную проводимость , характеризующую наличие слоя повышенной электропроводности на поверхности раздела твёрдой изоляции с окружающей газообразной или жидкой средой. Этот слой создаётся вследствие неизбежных загрязнений, увлажнения и т.д. Соответственно вводятся понятия объёмного тока утечки и поверхностного тока утечки . Для сравнительной оценки объёмной и поверхностной проводимости различных материалов пользуются значениями удельного объёмного сопротивления и удельного поверхностного сопротивления . В системе СИ удельное объёмное сопротивление численно равно сопротивлению куба с ребром в один метр, вырезанного из исследуемого материала, если ток проходит через две противоположные грани этого куба. Размерность этого сопротивления Для плоского образца с постоянным поперечным сечением, помещенного в однородное поле, удельное объёмное сопротивление определяется по формуле (2.2) где - объёмное сопротивление, Ом; - площадь электрода. - толщина образца, м. Значение для сравнительно низкокачественных диэлектриков (древесина, бумага, асбестоцемент и т.д.) находится в пределах Ом м. Для таких материалов как полистирол, полиэтилен и т.д. значение составляет Ом м. у неионизированных газов значение ещё выше. Удельное поверхностное сопротивление численно равно сопротивлению квадрата (любых размеров), мысленно выделенного на поверхности материала, если ток проходит через две его противоположные стороны. (2.3) где - поверхностное сопротивление образца материала между параллельно расположенными электродами, Ом; -ширина электрода, м; - расстояние между электродами, м. Размерность удельного поверхностного сопротивления Ом. Используя значения удельного объёмного и поверхностного сопротивлений, можно определить удельную объёмною проводимость и соответственно удельную поверхностную проводимость Полная проводимость твёрдого образца диэлектрика равна сумме объёмной и поверхностной проводимостей. Рассмотрим задачу: две противоположные грани куба с ребром а = 10мм из диэлектрического материала с удельным объёмным сопротивлением и удельным поверхностным сопротивлением по- крыты металлическими электродами. Определить ток протекающий через эти грани при постоянном напряжении = 2 кВ. Приведем эквивалентную схему замещения данного диэлектрика Первоначально определим объёмное и поверхностное сопротивления диэлектрика Сопротивлениеизоляции равно
Ток, протекающий через диэлектрик, равен
Популярное: Организация как механизм и форма жизни коллектива: Организация не сможет достичь поставленных целей без соответствующей внутренней... Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас... Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1120)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |