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

Комплекс аппаратных средств для трансляции звукового сигнала на большие расстояния
Звук играет важную роль в жизнедеятельности человека. Каждый день мы слышим очень много разнообразных звуков, так же существует необходимость передават ...

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

Преобразователь двоичного кода
Логические элементы (узлы) предназначены для выполнения различных логических (функциональных) операций над дискретными сигналами при двоичном коде их предст ...