- •Министерство образования российской федерации государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования таганрогский государственный радиотехнический университе
- •Введение
- •1. Общие сведения о строении и классификации материалов
- •2. Диэлектрики
- •2.1. Характеристики диэлектриков в постоянных электрических полях
- •2.2. Уравнение Клаузиуса-Моссоти
- •2.3. Диэлектрическая проницаемость сложных диэлектриков
- •2.4. Деполяризующий фактор
- •2.5. Токи абсорбции
- •3. Электропроводность диэлектриков
- •3.1. Виды электропроводности диэлектриков
- •3.2. Электропроводность газов
- •3.3. Электропроводность жидкостей
- •3.4. Электропроводность твердых диэлектриков
- •3.5. Поверхностная электропроводность диэлектриков
- •4. Свойства диэлектриков в переменных полях
- •4.1. Комплексная диэлектрическая проницаемость,
- •Тангенс угла потерь
- •4.2. Виды поляризации диэлектриков
- •Ионная поляризация
- •Электронно-релаксационная поляризация
- •Ионно-релаксационная поляризация
- •Дипольно-релаксационная поляризация
- •Структурная поляризация
- •Резонансные виды поляризации
- •5. Диэлектрические потери и пробой диэлектриков
- •5.1. Виды диэлектрических потерь
- •5.2. Пробои диэлектриков
- •6. Органические диэлектрики
- •6.1. Основы строения и классификация органических диэлектриков
- •6.2. Неполярные высокочастотные полимеры
- •7. Полярные низкочастотные полимеры
- •8. Полярные низкочастотные полимеры
- •8.1. Термореактивные смолы
- •8.2. Низкочастотные термореактивные композиционные пластмассы
- •8.3. Пенопласты и поропласты
- •8.4. Волокнистые электроизоляционные материалы
- •9. Каучуковые материалы
- •10. Кремнийорганические полимеры и диэлектрики на их основе
- •11. Электроизоляционные лаки, эмали, клеи, компаунды
- •12. Неорганические диэлектрики
- •12.1. Слюда и материалы на её основе
- •12.2. Неорганические стёкла
- •13. Радиотехническая керамика
- •Литература
3.5. Поверхностная электропроводность диэлектриков
Вследствие неизбежного увлажнения, окисления и загрязнения поверхности у твердых диэлектриков создается заметная поверхностная электропроводность.
Удельное поверхностное сопротивление численно равно сопротивлению квадрата поверхности любых размеров. Так как
Rs = ρv
где: ρv – объемное удельное сопротивление поверхности глубиной a, шириной b и длиной l, то
Rs =ρs
где: ρs –удельное поверхностное сопротивление,[].
Полное сопротивление изоляции диэлектрика
Rиз=
Чтобы увеличить Rs длину поверхности изоляторов стараются увеличить.
Все материалы делятся на не растворимые в воде (парафины, керамика, янтарь), частично растворимые (стекла), с пористой структурой (бумага).
С увеличением влажности окружающей среды удельное поверхностное сопротивление падает тем сильнее, чем лучше материал растворяется в воде, чем больше он загрязнен.
Присутствие загрязнений на поверхности мало сказывается на электропроводности гидрофобных (не смачиваемых водой) диэлектриков и сильно влияет на электропроводность гидрофильных (смачиваемых водой) диэлектриков.
4. Свойства диэлектриков в переменных полях
4.1. Комплексная диэлектрическая проницаемость,
Тангенс угла потерь
Поместим линейный однородный диэлектрик между обкладками плоского конденсатора, находящегося под напряжением U=Um*e jωt, где Um - амплитуда напряжения, ω - круговая частота, t - текущее время (рис.1).
Такой конденсатор можно представить схемой замещения (рис.2).
Схема замещения не отражает сути физических процессов, происходящих в диэлектрике, и введена условно. Этот рисунок является схемой замещения конденсатора, если ее реакция на воздействие внешнего напряжения такая же, как у самого конденсатора, т.е. одинаковы частотные характеристики, равны углы сдвига фаз между током и напряжением, равны запасаемые и теряемые энергии. Емкость С характеризует запасаемую электрическую энергию в конденсаторе, сопротивление R - потери энергии в диэлектрике, идущее на его нагрев. Предположим, что потери на сквозную проводимость и потери в обкладках конденсатора отсутствуют. Построим векторную диаграмму токов и напряжения в реальном конденсаторе (рис.3).
Реактивный ток IР опережает напряжение U на четверть периода (90о), причем
Ip=Ic0++IМГH ,
Ic0 - емкостной ток через конденсатор при отсутствии диэлектрика между его обкладками; IМГH и - токи мгновенной и медленной поляризаций, связанные с запасаемой энергией.
Активный ток Ia=, где- составляющая абсорбционного тока, связанная с теряемой энергией.
Ток через конденсатор I = Ime j(ω t + φ), где Im - амплитуда тока;φ – угол сдвига фаз между током I и напряжением U; δ – угол потерь, дополняющий угол φ до 90°.
Закон Ома для параллельной схемы замещения
I = U*
Для диэлектриков в переменных полях вводят понятие комплексной диэлектрической проницаемости ˙ j, где εдействительная часть ˙, причем, C0 – емкость вакуумного конденсатора, ε– мнимая составляющая ˙.
Тогда
I=U (+jC0) = jC0U( jC0U(j
Отсюда
Ia =C0U, Ip =C0U
Из рис.3 видно, что
tgδ=
Запасаемая мощность
Pp=UIp=U2wC, тогда tg δ =
Отсюда видно, что потери мощности важно учитывать на высоких частотах, особенно при больших рабочих напряжениях. Если существует сквозная активная проводимость, то на диаграмме к току I’абс следует добавить Iскв (ток сквозной) и tgδ будет большим.