Електрична міцність діелектриків - Методичні Вказівки, розділ Високі технології, Матеріалознавство. Технологія конструкційних матеріалів Властивість діелектриків Витримувати Те Або Інша Електричне Напруга Определ.
Властивість діелектрика витримувати ту чи іншу електричну напругу визначається електричною міцністю діелектрика.
Електричною міцністю, Eпр називається середня напруженість електричного поля, при якій відбувається електричний пробій. Напруга, при якому відбувається електричний пробій, називають «пробивним напругою», Uпр.
де h- товщина діелектрика (проміжок між електродами, розрядний проміжок). Пробивна напруга залежить від розміру розрядного проміжку. При збільшенні проміжку пробивна напруга зростає, а електрична міцність знижується.
Електричним пробоєм діелектрика називають стрибкоподібне збільшення електропровідності матеріалу при впливі певного напруження, аж до утворення електропровідного плазмового каналу. Явище електричного пробою в газах або рідинах часто називають «електричним розрядом», що говорить про розряд ємності між електродами через цей канал. Механізми розвитку розряду в газоподібних, рідких і твердих діелектриках різні.
При електричному пробої великого газового проміжку послідовно розвиваються такі явища:
I. Поява вільного електрона в газовому проміжку (випадкового, з металевого електрода, в результаті фотоіонізації молекули газу і т.п.)
II. Розгін вільного електрона електричним полем до енергії, достатньої для того, щоб при зіткненні з нейтральним атомом іонізувати останній (ударна іонізація).
III. Розвиток електронної лавини як наслідок множинних актів ударної іонізації.
IV. Зростання стримера - проводить плазмового каналу, який формується з позитивних іонів, що залишилися після проходження лавини, і негативних зарядів, втягується в позитивну плазму.
V. Перетворення стримера в лідер за рахунок термоіонізації, спричиненої проходженням ємнісного струму по стримеру.
VI. Головний розряд відбувається при замиканні каналом розряду розрядного проміжку.
При малих проміжках процес пробою може завершитися на стадіях III (лавинний пробій) і IV (стримерний пробою, іскра).
Електрична міцність газів залежить в першу чергу від:
- відстані між електродами (рис 4.2);
- тиску (При збільшенні тиску зменшуються відстані між молекулами. розганяти електрону необхідно на більш короткому шляху розгону (званого довжиною вільного пробігу) отримати ту ж енергію, достатню для іонізації атома. Ця енергія визначається в першу чергу кінцевої (в момент зіткнення) швидкістю електрона. Більшого прискорення електрон може досягти за рахунок збільшення діючої на нього сили - напруженості електричного поля. Експериментальна залежність пробивної напруги газового проміжку від вироб ведення тиску «р» на величину проміжку «h» називається кривою Паш # 279; на. Мінімальне значення пробивної напруги для повітря при ph = 0,7Па × м становить приблизно 330 В. Лівіше зазначеного значення ph електрична міцність зростає через малу ймовірність зіткнення електронів з молекулами газу.);
Рис 4.2. Залежність електричної міцності газів від відстані між електродами
- спорідненості молекули газу до електрону, електронегативності газу (Спорідненість до електрону - це здатність деяких нейтральних атомів і молекул приєднувати додаткові електрони, перетворюючись в негативні іони. В електронегативний газах, що складаються з атомів з високою спорідненістю до електрону, потрібно б # 466; більша енергія розгону електронів полем для освіти електронної лавини).
Електрична міцність повітря в проміжку 1 см при нормальних температурі і тиску становить 3 кВ / мм. При тиску 0,3 МПа електрична міцність повітря може досягати 10 кВ / мм
Електрична міцність елегазу (SF6. Електронегативний газ) при нормальній температурі і тиску становить 8,7 кВ / мм. При тиску 0,3 МПа електрична міцність елегазу може досягати 20 кВ / мм.
Електрична міцність рідкого діелектрика не пов'язана безпосередньо з хімічною будовою рідини. Через близького розташування молекул механізм ударної іонізації в рідкому діелектрику не реалізується.
Енергія ударної іонізації становить приблизно W = 5 еВ. Цю ж енергію можна виразити як добуток заряду електрона на напруженість поля (q × E, діє на електрон сила) і на довжину вільного пробігу (# 955; ≈5 # 8729; 10 -7 м): W = e # 8729; Епр # 8729; # 955 ;. Якщо вирахувати з цього виразу електричну міцність, то отримаємо:
Реально електрична міцність рідин становить (20-40) кВ / мм.
На значення електричної міцності впливає в першу чергу кількість газу в рідині і стан поверхні електродів.
Електричний пробій рідкого діелектрика починається, як правило, з пробою мікроскопічних газових бульбашок. Через низьку діелектричної проникності газу напруженість в бульбашці вище, ніж в рідині, а електрична міцність газу - нижче.
Часткові розряди в бульбашках (см.4.9) призводять до зростання останніх, що в підсумку завершується пробоєм рідкого діелектрика.
Основними домішками, що знижують електричну міцність трансформаторного масла, є також проводять включення (сажа) та вода. Причому остання з домішок грає найбільш суттєву роль. Вода при нормальній температурі не змішується з маслом, а міститься в ньому у вигляді дрібних крапельок. Під впливом електричного поля ці крапельки води поляризуються і створюють між електродами ланцюжки з підвищеною провідністю, за якими і відбувається електричний пробій.
Визначення електричної міцності рідких діелектриків проводять в стандартних розрядниках з напівсферичними електродами, що дозволяють створити в зоні пробою рівномірне електричне поле (при діаметрі електродів на порядок перевищує пробивний проміжок). Стандартний розрядник для випробувань рідких діелектриків містить електроди зі сферичною поверхнею, відстань між якими - 2,5 мм. Пробивна напруга якісного трансформаторного масла повинно перевищувати 50 кВ і може досягати 70 кВ. (За теорією ударної іонізації пробивна напруга мало б становити 2 ... 3 МВ).
Електрична міцність рідкого діелектрика підвищується при:
- очищенню від твердих проводять мікрочастинок (сажа, вугілля і т.п.);
- сушінні рідини (видаленні води);
- дегазації рідини (вакууммірованія);
Електрична міцність твердого діелектрика залежить від часу застосування пробивної напруги. За часом впливу напруги (з моменту подачі до пробою) і фізичним процесам, що відбуваються при цьому впливі, розрізняють (рис 4.3):
- електричний пробій (час впливу - частки секунди);
- тепловий пробій (час впливу від секунд до годин);
- пробою під дією часткових розрядів (час впливу від декількох годин до року і більше).
Рис 4.3. Залежність пробивної напруги твердого діелектрика від часу
При електричному пробої під дією прикладеної напруги розриваються хімічні зв'язки, і речовина переробляється в плазму. Електрична міцність твердого діелектрика пропорційна енергії хімічних зв'язків.
Тверді діелектрики, як правило, мають більш високу електричну міцність, ніж рідкі і газоподібні. наприклад:
- Поліетилен ≈ 30 кВ / мм.
- Полівінілхлорид ≈ 40 кВ / мм.
- Ізоляційне скло ≈ 70 кВ / мм.
Причиною теплового пробою є розігрів діелектрика, найчастіше за рахунок діелектричних втрат, коли потужність втрат перевищує потужність, що відводиться від діелектрика.
При підвищенні температури збільшуються електропровідність (за рахунок збільшення числа носіїв) і кут діелектричних втрат, що призводить до додаткового зростання температури, і зниження електричної міцності. В результаті розігріву діелектрик пробивається при більш низькій напруженості поля, ніж при електричному вигляді пробою.
Всі теми даного розділу:
Розпорядок і правила безпеки при проведенні лабораторних робіт
Перед тим, як приступити до виконання лабораторної роботи студент зобов'язаний ознайомитися зі справжніми правіламі.Все лабораторні стенди є чинними електроустановками. Причому не всі лаб
Вивчення явища контактної корозії металів
Мета роботи: Виміряти електрохімічні потенціали різних металів в різних середовищах, вивчити короткострокову динаміку зміни цих потенціалів, визначити можливі різниці потенціалів
Визначення питомої електричного опору і температурного коефіцієнта питомого електричного опору металів
Мета роботи - визначити питомий опір міді, алюмінію і сталі в зразках дротів з цих металів і встановити залежність питомого опору від температури Методи
Знайомство з діелектричними матеріалами і вимір діелектричної проникності і тангенса кута діелектричних втрат
Мета роботи Ознайомитися візуально із зразками наступних діелектричних матеріалів: гума, склотекстоліт, лакоткань (товщина 0,125 мм), поліметілметак
Гістерезису феромагнітних і феррімагнітних матеріалів
Мета роботи Метою роботи є вивчення магнітних властивостей феромагнітних матеріалів, дослідження процесу намагнічування феромагнетиків за допомогою осцилографа і
Температурного коефіцієнта питомого електричного
опору і оцінка теплоємності полупроводящей матеріалу - ЕКОМ Мета роботи Метою роботи є знайомств
Трансформаторного масла і знайомство з частковими
розрядами в твердому діелектрику Мета роботи. Провести досліди з визначення пробивної напруги трансформаторного масла і повітря і розрахувати середнє його значення для пов
загальні пояснення
Робота матеріалів, що застосовуються для створення електротехнічних виробів і електричних установок, проходить при одночасному впливі сильних електричних і магнітних полів, дуже широкого Діап
Питомий електричний опір
Питомий електричний опір - це один з параметрів, що характеризує поведінку речовини в електричному полі і чисельно визначає електропровідність матеріалу. електропровідні
температурний коефіцієнт
Будь-параметр матеріалу залежить від температури. У загальному випадку ця залежність нелінійна, але певні параметри в невеликому температурному інтервалі можуть мати лінійну залежність від температ
тепловіддача
Тепловіддача - це теплообмін між поверхнею твердого тіла і дотичної з нею середовищем - теплоносієм (рідиною, газом). Тепловіддача здійснюється конвекцією, теплопровідністю, променистим
Діелектрична проникність
Діелектричну проникність визначають найчастіше як міру здатності речовини збільшувати ємність будь-якої електротехнічної конструкції або виробу в порівнянні з ємністю того ж об'єкта б
діелектричні втрати
Діелектричні втрати - це втрати енергії в діелектрику, що знаходиться в електричному полі. Енергія електричного поля витрачається на нагрів діелектрика. Нагрівання відбувається в результаті взаємо
Часткові розряди в діелектриках
Частковим розрядом, ЧР називають розряд, що проходить в будь-якої обмеженої області ізоляційного проміжку, і не замикає весь проміжок. Одним із прикладів часткового розряду
Початкова крива намагнічування
Крива намагнічування - це залежність індукції в матеріалі (В) від напруженості зовнішнього магнітного поля (Н). Крива намагнічування є важливою характеристикою
Електрохімічна корозія металів
Корозією матеріалу називаються хімічні перетворення матеріалу (перш за все окислення), що відбуваються за участю зовнішнього середовища. Корозія характерна для матеріалів, склад і структ
П2.1. Електропровідність напівпровідників і слабкопровідних матеріалів
У будь-якому тілі при додатку напруги повинен протікати струм у відповідності з виразом, що визначає щільність струму
П2.2 Резистивні матеріали
Ніхром. З металевих матеріалів для резисторів найбільшого поширення набули матеріали на основі нікелю, хрому та заліза, т.зв ніхроми, і споріднені з ними