Электропроводность диэлектриков

Ток, проходящий через участок изоляции (или, чаще, через образец электроизоляционного материала) при установившемся процессе электропроводности, то есть спустя достаточно большой промежуток времени после приложения постоянного напряжения, также является постоянным и называется сквоз ным током утечки. Таким образом, проводимость любого участка изоляции не равна нулю, а имеет конечное значение, и сопротивление изоляции не бесконечно велико, а конечно; соответственно и удельные сопротивления электроизоляционных материалов также конечны, хотя и чрезвычайно велики по сравнению с удельными сопротивлениями проводниковых материа­лов.

Проводимость изоляции G _из, С_м, как и проводимость любого проводящего тела, опре­деляется как отношение сквозного тока утечки через изоляцию I _из, к приложенному к изо­ляции постоянному напряжению U

                                          G _из = I _из/ U.                   (4.20)

Величина R _из, (Ом), обратная величине G _из. – сопротивление изоляции

                         R _из = U / I _из = 1 / G _из.            (4.21)

Различают объёмную проводимость изоляции G, численно определяющую проводимость через толщу изоляции, и поверхностную прово­димость изоляции G_s, характеризующую нали­чие слоя повышенной электропроводности на поверхности раздела твёрдой изоляции с окру­жающей газообразной (в большинстве случа­ев – воздухом) или жидкой средой; этот слой создаётся вследствие неизбежных загрязнении, увлажнения и т.п. Для газообразных и жид­ких диэлектриков поверхностей проводимость обычно не рассматривается.

Соответственно, вводятся понятия объёмного тока утечки Iи поверхностного тока утечки Is(рисунок 4.6), а также объёмного сопротив­ления изоляции R и поверхностного сопротивле­ния изоляции Rs. Очевидно, что сопротивления R и Rs включены параллельно друг другу между электродами, через которые подается напряжение на изоляцию. Таким образом

                          I = U / R = UG;

.

                            Is = U / Rs = U Gs; R = 1 / G; .    (4.22)

                       Rs = 1 / Gs; Iиз = I + Is;

                      G из = 1 / R + 1 / Rs.

 

 

Рисунок 4.6 – Объёмный и поверхностный токи утечки через участок изоляции (схематически)

Ниже приводятся формулы [(4.23) - (4.25)] для расчёта объёмных сопротивлений R(Ом) участков изоляции из однородного и изотропного диэлектрика наиболее важных практиче­ски геометрических конфигураций. В этих формулах ρ [для диэлектриков часто обозначает­ся также ρ_v в отличие от удельного поверхностного сопротивления ρ_s [см. формулу (4.30)] – параметр диэлектрика – его удельное объёмное сопротивление; единица ρ – Ом·м (ом-метр).

Для простейшей конфигурации участка изоляции с постоянным поперечным сечениемS, м² (равным площади каждого электрода), и толщиной (расстоянием между электродами) h, м, т. е. диэлектрика плоского конденсатора (рисунки 4.7 и 4.8)

                              R = ρh / S,             (4.23)

или                                                                      

                            ρ = RS / h.                 (4.23`)

 

Рисунок 4.7 – Участок изоляции с постоянным поперечным сечением

 

 

Рисунок 4.8 –Участок изоляции между электродами в виде двух коаксиальных цилиндров (цилиндрический конденсатор)

 

 

Изоляция коаксиального кабеля

             ;              (4.24)

при  (или )

                 .            (4.25)

Формулы (4.23) – (4.25) справедливы, если мы пренебрегаем растеканием линий тока от краёв электродов в часть объёма изоляции, не охватываемую электродами.

Как видно из рисунка 4.7 и формулы (4.23), величина ρ равна сопротивлению куба из дан­ного материала с ребром, равным единице длины (предполагается, что ток проходит от одной грани куба к противоположной), умно­женному на единицу длины. В литературе встречаются и другие единицы для ρ электро­технических материалов, кроме Ом·метра. Так, для электроизоляционных материалов и полу­проводников нередко выражают ρ в Ом·сантиметpax (Ом·см). Для проводниковых мате­риалов часто выражают h в формуле (4.23) в метрах, а S – в мм²; отсюда получается еди­ница для ρ – Ом-мм²/м или равная ей еди­ница СИ - мкОм·м.

Значения ρ практически применяемых твёр­дых и жидких электроизоляционных материалов (при нормальной температуре, нормаль­ной влажности окружающего воздуха и не слишком высоких значениях напряжённости электрического поля в материале) лежат в пре­делах от (10⁶–10⁸) Ом×м для сравни­тельно низкокачественных, применяемых в ма­ло ответственных случаях материалов (древесина, мрамор, асбестоцемент и т.п.) и до (10¹⁴–10¹⁷) Ом×м для таких материалов, как полистирол, полиэтилен, политетрафторэтилен и т.п.; для неионизированных газов ρ еще выше. Отношение удельных сопротивлений вы­сококачественного твёрдого диэлектрика и хо­рошего проводника (при нормальной темпера­туре) выражается значительным числом – по­рядка (10²³–10²⁵).

Величина γ , обратная величине ρ, – удель­ная объёмная проводимость материала, См/м

                            γ=1/ρ.          (4.26)

Помимо См/м (или Ом^-1·м^-1), иногда применяют другие единицы для γ, являющиеся величинами, обратными вышеприведенным еди­ницам для ρ См/см, м/(Ом·мм²) или МСм/м.

Для однородного электрического поля в материале могут быть написаны уравнения за­ кона Ома в обобщённой (дифференциальной) форме

                              J = γE = E / ρ,               (4.27)

где J, А/м² – плотность тока проводимости (для электрической изоляции – плотность тока утечки); Е, В/м – напряжённость электрического поля. В формулу (4.27) геометрические разме­ры тела, по которому проходит ток, не входят.

Отметим еще два варианта удельного объёмного сопротивления – удельное (поперечное) сопротивление слоя и удельное сопротивление изоляции кабеля.

Поперечное сопротивление слоя R _┴ – со­противление участка площадью S, м², слоя ди­электрика постоянной толщины h, м, сквозь который проходит ток (пример – слой эмали, нанесённый на металлическую пластинку)

                    R _┴ = ρh/S = ρ_┴S,                      (4.28)

откуда удельное поперечное сопротивление слоя, Ом·м²,

                           ρ_┴= R _┴ S= ρh.                   (4.28`)

Единица для удельного поперечного со­противления слоя – Ом·м².

Удельное сопротивление изоляции кабеля (или провода) R_K, то есть объёмное сопротивле­ние изоляции (между жилой и оболочкой, меж­ду двумя жилами и т.п.), отнесённое к едини­це длины кабеля, входит в формулу

                                  R _к = ρ_к / l,                   (4.29)

где R _к – объёмное сопротивление изоляции кабеля на участке длиной  l. Отсюда

                                ρ_к = ρ_к l.                 (4.30)

Единица (Ом·м) ρ_к таже, что и единица ρ.

Для одножильного кабеля с диаметром токопроводящей жилы d ₁(радиусом r ₁) и внутренним диаметром металлической оболоч­ки d ₂ (радиусом r ₂) при значении удельного объёмного сопротивления изоляции ρ величина ρ _к может быть определена по формуле (4.24) или (4.25).

Удельное поверхностное сопротивление ρ_S характеризует свойство электроизоляционного материала создавать в изготовленной из него изоляции поверхностное сопротивление. По­верхностное сопротивление между двумя элек­тродами с параллельными обращёнными друг к другу прямыми кромками длиной b , нахо­дящимися на расстоянии адруг от друга (рисунок 4.9), равно

                      R _s = ρ_s a/b,                              (4.31)

откуда

                       ρ_s= R _s b/a.                             (4.32)

 

Рисунок 4.9 – К определению поверхностного сопротивления между электродами с параллельными друг другу кромками.

Как видно из формулы (4.32), размерность удельного поверхностного сопротивления совпадает с размерностью сопротивления, т. е. единица ρ_s – Ом. Удельное поверхностное со­противление ρ_s равно сопротивлению квадра­та (любого размера!) на поверхности данного материала, если ток подводится к электродам, образующим две противоположные стороны этого квадрата; поэтому единицу ρ_s иногда неправильно называют «ом на квадрат».

Формулы (4.31) и (4.32) справедливы, если пренебречь влиянием краев электродов (при а << b); мы имеем в виду, что ток объёмной утечки через материал между электродами не учитывается (при измерении или расчёте тока утечки), т.е. весь ток утечки считается поверхностным.

Физическая природа электропроводности диэлектриков. Электропроводность диэлектри­ков объясняется наличием в них свободных (то есть не связанных с определёнными молекула­ми и могущих передвигаться под воздействи­ем электрического поля) заряженных частиц (носителей заряда): ионов, молионов (коллоидных частиц), иногда электронов.

Если рассматривать электропроводность с точки зрения зонной теории, то у диэлектриков очень широкая запрещённая зона, поэтому свободные носители заряда практически отсутствуют. Основной причиной электропроводности явля­ется наличие в объёме и на поверхности ионов различных примесей. При высо­ких температурах проводимость также может быть обусловлена ионами самого материала. Различают объёмную и поверхностную электропроводность.

Объёмная электропроводность создаётся ионами примесей или ионами диэлект­рика, которые, находясь в состоянии первоначального закрепления и совершая тепловые колебания, способны преодолеть силы взаимодействия с другими мо­лекулами и перейти в новое положение временного закрепления. В отсутствие электрического поля направления перемещения ионов равновероятны и ток ра­вен нулю. При наличии поля движение ионов создаёт ток, плотность которого равна

                                    j = q N_T ν_T,               (4.33)

где N_T – концентрация диссоциированных ионов; ν_T – средняя скорость движения ионов.

Скорость ν_T пропорциональна напряженности поля Е

                                   ν_T  = μ_Т Е.                  (4.34)

Здесь μ_Т  – подвижность ионов.

Следовательно, можно записать

                          J = q N_T μ_Т Е = σ_Д Е.           (4.35)

Здесь σ_Д = q N_T μ_Т – удельная объёмная проводимость диэлектрика. Величины N_T и μ_Т зависят от температуры

             N_T  = N exp(-Е_Д / kT),                      (4.36)

            μ_Т  = μ_max exp(-E _{пе р} / kT),                  (4.37)

где N_T – концентрация диссоциированных ионов; N – общая концентрация ионов; μ_max – предельная подвижность ионов; Е_Д – энергия диссоциации, необходимая для того, чтобы преодолеть действие сил молекулярного взаимодействия; Е_пер – энергия перемещения диссоциированного иона, необходимая для перемещения иона из одного состояния закрепления в другое.

Подставляя N_T и μ_Т в формулу для σ_Д , получаем

                           σ_Д = Аexp(-E_a / kT),          (4.38)

где А – коэффициент пропорциональности, включающий в себя N_T и μ_Т; Е_а – суммарная энергия активизации (Е_а = Е_д + Е_пер).

Так как в объёме имеются как ионы примеси, так и собственные ионы, то

                 σ_Д = А₁ exp(-E ₁ / kT) + А₂ exp(-E ₂ / kT). (4.39)

Здесь А₁ и Е₁ характеризуют примесную ионную электропроводность, А₂ и Е₂ – собственную. При низких температурах преобладает первое слагаемое, а при вы­соких – второе. Ток, создаваемый движением ионов, называют током сквозной проводимости – I _ск.

Поверхностная электропроводность обусловлена наличием влаги, загрязнениями, различными дефектами на поверхности диэлектрика. По способности реагиро­вать на влагу различают гидрофобные и гидрофильные материалы. Гидрофобные материалы практически не смачиваются, и их удельное поверхностное сопротив­ление велико. Гидрофильные материалы смачиваются, поэтому на поверхности диэлектрика образуется непрерывный токопроводящий слой. Способность мате­риала поглощать влагу называется адсорбцией. Такой способностью обладают полярные и ионные диэлектрики. Для уменьшения поверхностной электропро­водности создают защитные гидрофобные покрытия.

В слабых электрических полях газы состоят из электрически нейтральных частиц – молекул или атомов. Все заряды в них очень сильно связаны и сам газ не имеет способности проводить электриче­ский ток. Свободные носители заряда возникают под действием внеш­них ионизирующих факторов, например космического или радиоактив­ного излучения. При этом в газ попадают частицы с большой энергией, которая превышает энергию ионизации молекул или атомов. От столк­новения с такими частицами происходит ионизация определённого чис­ла молекул. Например, в 1 см ³ воздуха при нормальных условиях под действием внешних ионизирующих факторов за секунду образуется от трёх до пяти пар частиц с зарядами противоположных знаков. Часть из них исчезает при соединении (рекомбинации) с противоположно заряженными частицами, но под действием внешних ионизирующих факторов постоянно образуются новые свободные носители заряда. Поэтому газы способны проводить в слабых электрических полях ма­лый, но всё же поддающийся измерению ток. Так как свободные носи­тели заряда образуются исключительно под действием внешних иони­зирующих факторов, без которых газ не содержал бы свободных носителей заряда, такая электропроводность называется несобст­венной.

Другие условия возникают в сильных электрических полях. Сила, которая действует на свободные носители заряда, в этом случае очень велика и может настолько ускорить движение электронов (которые имеют очень малую массу) за время между двумя столкновениями при хаотическом тепловом движении, что их кинетическая энергия пре­высит энергию ионизации молекул. Такие быстрые электроны способны при столкновении с нейтральными молекулами вызвать их ионизацию, то есть расщепить их на электроны и положительные ионы. После каж­дого столкновения таким образом получаются два электрона, которые способны ионизировать две следующие молекулы, и т. д. Такой процесс резкого возрастания количества свободных электронов в газе вследст­вие ионизации от столкновения электронов с нейтральными молекула­ми называется ударной ионизацией.

Не все электроны получают энергию свыше энергии ионизации мо­лекул. Часть из них только повышает свою энергию; говорят, что они переходят в возбуждённое состояние. Из возбуждённого состояния электроны произвольно переходят в нормальное состояние, причем при этом переходе освобождается определённая энергия в форме излуче­ния. Это излучение также способно вызывать появление новых свобод­ных носителей заряда. Такой механизм ионизации называется фото­ионизацией. Как правило, процессы ударной ионизации и фотоиониза­ции происходят одновременно.

Жидкие диэлектрики по многим своим свойствам близки к твёрдым диэлектрикам и существенно отличаются от газов. Например, теплоёмкость жидких диэлектриков значительно ближе теплоёмкости твёрдых диэлектриков. Вязкость жид­кости заметно убывает с ростом температуры (у газов она, напротив, при этом возрастает). Ряд явлений, протекающих вблизи точки плавления твёрдых тел, указывает на аналогию поведения жидких и твёрдых диэлектриков. И те и другие относятся к сильно конденсированным системам, в которых важнейшую роль играют силы межмолекулярного взаимодей­ствия.

Несмотря на сходство, между ними существуют и глубо­кие различия. Для монокристалла твердого тела характерен так называемый дальний порядок структуры, т.е. элементы кристалла периодически повторяются во всем его объёме, вдоль любой из осей. В жидкости существует только ближний порядок, т. е. упорядоченное расположение имеет лишь небольшая группа молекул в пределах нескольких межмоле­кулярных расстояний, а дальше этот порядок уже не распро­страняется, причем области упорядоченного и неупорядочен­ного расположения постоянно изменяются вследствие тепло­вого движения молекул. В жидкости имеются «свободные объемы», доля которых при обычной температуре достигает 0,5% объема жидкости. Наличие «свободных объёмов» до­пускает возможность не только колебательного, но и посту­пательного движения молекул в жидкости.

В технике высоких напряжений наибольшее применение имеют следующие жидкие диэлектрики: нефтяные (минераль­ные) масла (трансформаторное, кабельное, конденсаторное), касторовое масло, хлорированные жидкости (трихлордифенил, пентахлордифенил и др.), кремнийорганические жид­кости. Из перечисленных диэлектриков нефтяные масла и кремнийорганические диэлектрики являются неполярными жидкостями (e _r=e / e ₀ = 2 – 2,5), а касторовое масло и хло­рированные диэлектрики – полярными (e _r = 4 – 5,5). Все эти жидкости обладают большим удельным объёмным со­противлением ρ_V = (10¹² - 10¹⁶) Ом×см, которое существенно зависит от степени их очистки.

В настоящее время в ряде электрофизических устройств в качестве диэлектрика применяется вода, обладающая до­статочно высокой электрической прочностью при импульсных воздействиях и большой диэлектрической проницаемостью (e _r = 81). Для повышения постоянной времени саморазряда τ = ρ_ν e вода подвергается дистилляции и дополнительной очистке ионнообменными смолами. При этом можно достичь значений ρ_ν= 2 ·10⁷ Ом·см при t = 20 °С.

Различают следующие виды проводимости жидких диэлек­триков:

Ионная проводимость – вызывается перемещением ионов, которые образовались как вследствие диссоциации основных молекул жидкости или примесей, так и вследствие ионизаци­онных процессов в жидкости.

Катафоретическая проводимость–происходит вследствие перемещения коллоидных заряженных частиц в жидкости.

Электронная проводимость–вызывается перемещением электронов, возникающих в жидкости вследствие ионизаци­онных процессов.

Катафоретическая проводимость жидкостей возникает в результате перемещения заряженных частиц примесей (например, коллоидных час­тиц). Эта проводимость в ряде случаев трудно отличима от ионной, так как ионы в жидкости (особенно полярной) ок­ружены молекулами жидкости и их размер в ряде случаев соизмерим с размерами коллоидных частиц, участвующих в катафоретической проводимости (70 – 1000) Å.

Коллоидные частицы заряжаются положительно в том случае, если диэлектрическая проницаемость частицы больше диэлектрической проницаемости среды; в противном случае они заряжаются отрицательно. Однако это правило выполня­ется не всегда, поскольку частицы могут изменить свой за­ряд вследствие перезарядки у электродов и адсорбции сво­бодных ионов.

Частица приобретает электрокинетический потенциал U ₀, который обычно составляет (0,05 - 0,07) В.

Скорость движения частиц ν определяется вязкостью жидкости η _В

                       ν = 2U ₀ ε E/(3η_В).                  (4.40)

На основании (4.40) подвижность частиц

                    К = ν/Е = 2U ₀ ε /(3 η_В).            (4.41)

Как ионная, так и катафоретическая проводимость непо­лярных жидких диэлектриков, определяют диэлектрические потери в жидкости и связаны с величиной tgδ соотношением

                             γ = e ω t gδ,                     (4.42)

где ω – угловая частота приложенного напряжения.

При длительном протекании электрического тока через жидкость заряженные частицы примесей и загрязнений осе­дают на электродах. Это явление используется при электро­очистке жидкостей.

В результате движения заряженных частиц в некоторых случаях у электродов со временем образуются объёмные за­ряды противоположного знака, что приводит к ослаблению поля в основном объёме межэлектродного промежутка и к уменьшению тока. Спадание тока со временем проявляется слабее в хорошо очищенной жидкости.

Проводимость жидких диэлектриков в сильных полях за­висит от степени очистки жидкости, формы приложенного напряжения, конфигурации электрического поля, состояния, чистоты обработки и материала поверхности электродов.

Обычно в тщательно очищенных жидкостях зависимость тока от напряжённости имеет три участка: при напряжённостях менее1кВ/мм основную роль играет ионная или катафоретическая проводимость и соблюдается закон Ома; при напряжённостях от 1 до 10 кВ/мм имеется область насыще­ния, где ток слабо зависит от напряжённости; при больших напряжённостях (Е>10 кВ/мм) происходит повышение про­водимости жидкости, вызывающее усиленный рост тока с уве­личением напряжённости. Для технических жидкостей вслед­ствие примесей это наблюдается уже при Е >1 кВ/мм и участок насыщения обычно отсутствует.

Зависимость проводимости от напряжённости могут вы­зывать следующие причины: 1) увеличение подвижности но­сителей зарядов с ростом напряжённости; 2) повышение кон­центрации носителей заряда.

Причинами увеличения концентрации носителей заряда в сильных полях могут быть следующие процессы:

1) дополнительное образование ионов за счёт более интенсивной диссоциации молекул жидкости и примесей;

2) термо– и автоэлектронная эмиссия с поверхности катода;

3) ударная ионизация в объёме жидкости.

Для многих электроизоляционных мате­риалов характерна ионная электропроводность, связанная с переносом ионов, то есть явлением электролиза. В ряде случаев электролизу при прохождении через диэлектрик сквозного тока утечки подвергается основное вещество ди­электрика; примером может служить обычное стекло, в котором благодаря его прозрачности можно непосредственно наблюдать образова­ние и перенос продуктов электролиза. При про­пускании постоянного тока через стекло, нагре­тое для повышения проводимости (см. ниже), у катода образуются древовидные отложения (дендриты) входящих в состав молекул стек­ла металлов, прежде всего натрия. Еще чаще (по крайней мере, для органических электро­изоляционных материалов) встречаются такие случаи, когда молекулы основного вещества диэлектрика не обладают способностью подвер­гаться диссоциации, но ионная электропровод­ность возникает благодаря присутствию в ма­териале практически неизбежных загрязне­ний – примесей воды, солей, кислот, щелочей и пр. Даже весьма малые примеси способны заметно влиять на проводимость диэлектрика; поэтому в технике электрической изоляции важное значение имеет чистота исходных про­дуктов и чистота рабочего места. У диэлектриков с ионным характером электропроводности соблюдаются законы Фарадея: количество выделившегося при электролизе вещества пропорционально количеству прошедшего через материал электричества.

Молионная электропроводность наблюдается в коллоидных системах, которые представ­ляют собой тесную смесь двух фаз, причём одна фаза (дисперсная) в виде мелких частиц равномерно взвешена и другой (диспер­сионной среде). Из коллоидных систем в электроизоляционной технике наиболее часто встре­чаются эмульсии (обе фазы – жидкости) и суспензии (дисперсная фаза – твёрдое вещест­во, дисперсионная среда – жидкость). Ста­бильность коллоидных систем объясняется на­личием на поверхности частиц дисперсной фазы (молионов) электрических зарядов. При воз­действии на коллоидною систему электрическо­го поля молионы приходят в движение, что вы­ражается как явление электрофореза. При электрофорезе в отличие от электролиза не наблюдается образования новых веществ, а лишь меняется относительная концентрация дисперсной фазы в различных частях объёма системы. Молионная электропроводность на­блюдается у жидких лаков и компаундов, ув­лажнённых масел и т. п.

В некоторых случаях в диэлектрических материалах наблюдается электронная электро­проводность, когда носителями заряда являют­ся свободные электроны. Так, рутил ТiO₂, ряд титанатов (ВаТiO₃, СаТiO₃, SrTiO₃) и др. об­наруживают электронный характер электро­проводно­сти. Электронная электропроводность типична для металлических проводников и электронных полупроводников.

При повышении температуры удельное сопротивление электроизоляционных материалов, как правило, существенно уменьшается.

Связь между ТК объёмного удельного со­противления (ТК ρ) и ТК объёмного сопротивле­ния (ТК R)

                           ТК ρ = ТК R + α,                         (4.43)

где α = ТК l – температурный  коэффициент длины («линейного расширения») материала. Очевидно также [см. формулу (4.32)], что

                        ТКρ_S = ТКR_S.               (4.44)

Во многих случаях зависимость ρ элект­роизоляционных материалов от термодинами­ческой температуры Т хорошо описывается формулой

                               ρ = Аexp B/T,                (4.45)

где A и В – постоянные, чему соответствует линейная зависимость логарифма ρ от обратной величины Т

                             ln ρ = ln A + B/T.            (4.46)

Иногда применяется формула

                               ρ = a exp (-bt),               (4.47)

где а и b – постоянные; t – температура, °С.

В этом случае

                             ТКρ = - b.                       (4.48)

Условия работы электрической изоляции становятся более тяжёелыми при возрастании температуры, так как сопротивление изоляции при этом уменьшается.

Присутствие даже малых количеств воды способно значительно уменьшить ρ диэлектри­ка. Это объясняется тем, что растворимые в воде примеси диссоциируют на ионы; в некоторых случаях влияние увлажнения может способствовать диссоциации молекул основного вещества диэлектрика. Таким образом, условия работы электрической изоляции становят­ся более тяжёлыми также и при увлажнении.

Весьма сильно влияет увлажнение на ρ волокнистых материалов, в которых влага может образовывать сплошные плёнки вдоль волокон, пронизывающих изоляцию.

Гигроскопичные материалы для защиты от действия влаги после сушки пропитывают и (или) покрывают лаками, компаундами и т.п. При сушке электрической изоляции влага из неё удаляется и сопротивление её растёт. Поэтому при повышении температуры ув­лажнённого материала может даже расти (если слияние удаления влаги перевешивает влияние повышения температуры), и только после удаления значительной части влаги на­чинается снижение ρ. При быстром снятии обратного хода кривой, пока высушенный мате­риал не успел опять впитать влагу, при повышенных температурах получаются значитель­но более высокие значения ρ , чем при низких температурах.

Сопротивление изоляции может умень­шаться с повышением приложенного к ней на­пряжения. Поэтому сопротивление изоляции (электрической машины, конденса­тора, кабеля и т. д.), по возможности, должно измеряться при напряжении не ниже рабочего, чтобы не получить затушенного значения. Зависимость R _из от напряжения объясняется рядом причин: образованием в изоляции объёмных электрических зарядов; плохим контактом между электродами и изоляцией; изменением под действием электрического поля формы и размеров включения влаги; ионизацией газовых включений и др. При приложении к диэлектрику постоян­ного напряжения ток обычно спадает с тече­нием времени, приближаясь к некоторому ус­тановившемуся значению сквозного тока утечки. Изменение тока утечки со временем связано с образованием в диэлектрике объём­ных зарядов, с процессами электролиза («электрической очисткой», т.е. удалением из материала ионных примесей) и другими при­чинами.

Характер изменения ρ_S диэлектриков от различных факторов (температуры, влажности, величины и времени воздействия напряжения) сходен с характером изменения ρ, рассмотрен­ным выше; ρ_S гигроскопичных диэлектриков весьма чувствительно к увлажнению (рисунок 4.10).

 

Рисунок 4.10 – Зависимость удельного поверхностного сопротивления ρ_S электроизоляционных материалов от относительной влажности окру­жающего воздуха: 1 – парафин, 2 – янтарь, 3 – шеллак, 4 – глазуро­ванный фарфор

Для повышения ρ_S диэлектриков приме­няют (в зависимости от вида диэлектрика) различные приёмы: полировку поверхности ма­териала, промывку поверхности кипящей ди­стиллированной водой, прогрев материала при достаточно высокой температуре, покрытие поверхности лаками, глазурями и т. п.