Электропроводность диэлектриков

      Поляризационные процессы смещения связанных зарядов в диэлектрике протекают во времени до момента установления равновесия и создают токи смещения. В случае электронной и ионной поляризаций эти токи практически не удается зафиксировать приборами. Токи смещения различных видов замедленной поляризации, наблюдаемые в большинстве технических диэлектриков, называют токами абсорбции. При приложении постоянного напряжения они наблюдаются при включении и выключении, меняя свое направление. Наличие в технических диэлектриках небольшого числа свободных зарядов приводит так же к возникновению малых по величине сквозных токов.

Плотность тока утечки в диэлектриках определяется суммой сквозного тока и тока абсорбции:

                                                          (1.4.1)  

Плотность тока смещения определяется скоростью изменения вектора электрического смещения:

                    ,                                 (1.4.2)

где D – вектор электрического смещения. После окончания процессов поляризации внутри диэлектрика протекает только сквозной ток.

На практике в случае измерения сопротивления изоляции измерение тока производят после выдержки времени в течение 1 минуты, считая, что процесс замедленной поляризации уже закончился. Особенностью электропроводности диэлектриков является ее ионный (не электронный) характер. Таким образом, истинное сопротивление диэлектрика или сопротивление изоляции для электроизоляционных материалов, определяющее сквозной ток, вычисляется по формуле:

                             ,                          (1.4.3)
где U – приложенное постоянное напряжение; – сила сквозного тока.

По агрегатному состоянию все диэлектрики делятся на твердые, жидкие и газообразные. Для твердых диэлектриков, используемых в качестве электроизоляционных материалов, различают объемную и поверхностную проводимость. Объемная проводимость изоляции  определяется как отношение сквозного тока утечки к приложенному напряжению. Поверхностная проводимость  изоляции характеризует наличие слоя повышенной проводимости на поверхности раздела твердой изоляции с окружающей газовой средой, где сила тока зависит от состояния поверхности: увлажнения, шероховатости и степени загрязнения. Для сравнительной оценки объемной и поверхностной проводимостей пользуются значениями удельного объемного и удельного поверхностного сопротивления, определяя по ним соответствующие удельные объемную и поверхностную проводимости.

В системе СИ удельное объемное сопротивление численно равно сопротивлению куба с ребром 1м, мысленно вырезанного из данного диэлектрика, если электрический ток проходит сквозь куб от одной грани к противоположной.

 Для плоского образца в однородном электрическом поле:
                                                                                (1.4.4)

где S – площадь электрода или площадь грани; L – толщина образца. Удельное поверхностное сопротивление плоского диэлектрика равно сопротивлению квадрата единичных размеров, мысленно выделенного на поверхности диэлектрика, если электрический ток проходит через квадрат от одной его стороны к противоположной.

Удельное поверхностное сопротивление рассчитывается по формуле:

                                                                     (1.4.5)

Здесь L – ширина электродов; d – расстояние между электродами.

Удельное объемное сопротивление  составляет:

1) для чистых, однокомпозиционных, однородных материалов (кристаллы, полимеры и им подобные диэлектрики) ;

2) для технических диэлектриков c релаксационной поляризацией ;

3) для сложных диэлектриков, композиционных и слоистых материалов менее

Удельное поверхностное сопротивление  зависит от восприимчивости поверхности к влаге, степени загрязнения и шероховатости. Удельное поверхностное сопротивление  составляет:

1) для диэлектриков с водоотталкивающей поверхностью и не впитывающей влагу 10¹³ – 10¹¹ Ом;

2) для диэлектриков, частично поглощающих и растворяющих влагу, а также с непроводящим загрязнением 10¹¹ – 10¹⁰ Ом;

3) для материалов, поглощающих влагу или впитывающих, растворяющих воду, менее 10⁹ Ом.

При длительной работе диэлектрика под напряжением ток через жидкие и твердые диэлектрики может уменьшаться или увеличиваться. В случае уменьшения тока происходит так называемая электрическая очистка образца, т.к. слабо закрепленные ионы примесей осаждаются на электродах и поэтому сквозной ток уменьшается. Увеличение тока идет вследствие старения материала. Процесс этот необратим и может привести к электрическому пробою.

При повышении температуры удельное сопротивление диэлектриков, как правило, уменьшается. Обычно для многих электроизоляционных материалов зависимость удельного сопротивления от температуры описывается формулой:

              ,                               (1.4.6)

где ρ ₀ и b – постоянные величины, t – температура. Условия работы изоляции при высоких температурах оказываются тяжелыми, т.к. сопротивление изоляции при этом уменьшается.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: