Электропроводность диэлектриков, диэлектрические потери, диэлектрическая проницаемость, электрическая прочность, виды пробоя в диэлектриках

За счет поляризации диэлектрика происходит уменьшение в нем поля по сравнению с первоначальным значением внешнего поля, так как часть линий напряженности пройдет сквозь диэлектрик, а другая - оборвется на связанных зарядах диэлектрика.

Поэтому напряженность внутри диэлектрика равная

,

где - это диэлектрическая проницаемость среды (диэлектрика) и показывает, во сколько раз диэлектрик ослабляет действие внешнего электрического поля и характеризует поляризованность диэлектрика. Значение может принимать различные значения от нескольких единиц до десятков тысяч.

Значение зависит от температуры частоты и виды поляризации, частоты, давлении, влажности.

Электропроводность.

В твердых диэлектриках представляет собой сумму токов:

,

где - ток смещения, обусловлен электронной и ионной поляризации, он проходит в очень малые промежутки времени (с);

- ток абсорбции, обусловлен перераспределением свободных зарядов в объеме диэлектрика. Часть носителей встречает на своем пути ловушки захвата - дефекты решетки, захватывающие и удерживающие носители. Со временем, когда все ловушки заполняются, ток абсорбции прекращается;

- сквозной ток, обусловленный объемным сопротивлением диэлектрика и поверхностным, так как в любом диэлектрике имеется небольшое количество свободных электронов, за счет примеси.

Диэлектрические потери.

Понимают электрическую мощность поглощаемую диэлектриком при воздействии на него электрического поля. Она рассеивается в диэлектрике, превращаясь в тепло. Они в основном обусловлены сквозным током. При высоких напряжениях и частоты потери могут возникать за счет ионизации газов внутри диэлектрика.

Потери возникают как на постоянном так и на переменном.

Для расчета потерь используют соотношение

,

где - угол диэлектрических потерь, который определяет соотношение между резистивной и реактивной составляющими тока. Чем меньше , тем лучше диэлектрик. ≈ 0,0001 - 0,01.

Пробой диэлектриков.

Явление образования в диэлектрике проводящего канала под действием электрического поля называется пробоем. Различают два вида пробоя: полный и неполный.

Полный - если проводящий канал проходит от одного электрода к другому и замыкает их.

Частичный (неполный), если пробивается лишь газовое или жидкое включение твердого диэлектрика.

Поверхностный пробой - который возможен в твердых диэлектриках.

Пробивное напряжение диэлектрика зависит от толщины диэлектрика.

,

где - электрическая прочность;

h - толщина диэлектрика.

Значение зависит от формы электродов, времени прохождения под напряжением, вида напряжения, частоты, температуры, влажности.

Физические процессы пробоя в разных случаях различны. Различают несколько механизмов пробоя: электрический, тепловой, электрохимический, ионизационный, электромеханический.

Электрический пробой - обусловлен ударной ионизацией или разрывом связей между частицами диэлектрика непосредственно под действием электрического поля. Электрический пробой обусловлен внутренним строением диэлектрика (плотностью упаковки атомов, прочностью и связей) и слабо зависит от внешних факторов (температуры, формы образца его размеров, частоты напряжения). Длится процесс микросекунды и менее, а в пределах 100 - 1000 МВ/м.

Тепловой пробой.

Обусловлен нарушением теплового равновесия диэлектрика вследствие диэлектрических потерь. Мощность, выделяющаяся в образце равна:

Рn = U2ωC

Тепловая мощность, отводимая от образца, пропорциональна площади теплоотвода S и разности температур Т и окружающей среды То.

Рр = кS(T-T°),

где к - коэффициент теплоотдачи.

Условие теплового равновесия является Рn = Рр, но так как обычно растет с повышением температуры, то, начиная с некоторой критической Ткр, значение Рn > Рр В результате превышения тепловыделения над теплоотдачей диэлектрик лавинообразно разогревается, что приводит к разрушению.

Интересное из раздела

Расчет характеристик сигналов и каналов связи
В последнее десятилетие ХХ века произошла научно-техническая революция в области транспортной связи, в основе которой лежат два крупных достижения ...

Обзор современных систем спутниковой навигации
спутниковая навигационная глобальное позиционирование На сегодняшний день в мире существует несколько навигационных систем, использующих искусственные спутни ...

Расчет усилителя постоянного тока
электромагнитная головка тип - ГЗМ-105 Диапазон частот - 31,5 - 18 кГц Величина выходного напряжения (на НЧ) - 0,7 мВ Величина выходног ...