Электротехнические материалы Теория конструктивных материалов

К тепловым характеристикам диэлектриков относятся: температура плавления, температура размягчения, температура каплепадения, температура вспышки паров, теплостойкость пластмасс, термоэластичность (теплостойкость) лаков, нагревостойкость, морозостойкость, тропикостойкость.

Пробой газообразных диэлектриков

Пробой газов определяется двумя механизмами - лавинным и лавинно-стримерным, связанными с процессами ударной ионизации электронами и фотоионизацией. Для пробоя газа в постоянном однородном поле (см. рис.) характерна зависимость Епр от давления.

Давление 0.1 МПа соответствует нормальному атмосферному давлению.

Епр при давлении больше нормального растет в связи с уменьшением длины свободного пробега электронов и уменьшением вероятности актов ионизации. Возрастание Епр при малых давлениях связано с уменьшением вероятности столкновения электронов с молекулами газа из-за малой плотности газа.

[Зависимость Епр газа от давления p]

 

Епр воздуха в однородном поле растет, как показано на рисунке, с уменьшением расстояния между электродами из-за уменьшения вероятности столкновения электронов с молекулами газа.

Пробивное напряжение газов существенно снижается в неоднородных полях, например, для воздуха при d=1 см от 30 кВ до 9 кВ.

В неоднородном поле на Uпр влияет также полярность электродов. Так, для электродов с малым радиусом кривизны Uпр при положительной полярности оказываются ниже, чем при отрицательной. Это связано с образованием положительного объемного заряда у острия в результате развития коронного разряда, что приводит к возрастанию напряженности поля в остальной части промежутка.

[BRE15A]

 

Пробой жидких диэлектриков

Электрическая форма пробоя, развивающаяся за время 10-5-10-8с, наблюдается в тщательно очищенных жидких диэлектриках и связывается с инжекцией электронов с катода. Епр при этом достигает 103 мВ/м.

В технически чистых жидких диэлектриках пробой носит тепловой характер.

На электрический пробой жидких диэлектриков влияют многие факторы, к числу которых относятся:

В неочищенных жидкостях пробивное напряжение определяется действующим значением (тепловой характер пробоя), в очищенных- амплитудным (электрическая форма пробоя).

Более сильное влияние примесей и загрязнений как жидких так и газообразных сказывается на низких частотах. Увеличение электрической прочности трансформаторного масла происходит при фильтрации и осушке (при частоте 50 Гц - втрое, на частоте 105 Гц - только на 30%).

Для многих жидкостей в зависимости пробивного напряжения от температуры имеется максимум при температурах 30-80 оС, высота которого уменьшается с ростом частоты (в пределах 0.4-12 МГц). Кривая тангенса угла диэлектрических потерь при температуре максимума проходит через минимум.

Увеличение давления от 60 до 800 мм.рт.ст. увеличивает пробивное напряжение на 200-300%. Добавка к жидкости частиц вещества с диэлектрической проницаемостью большей, чем у жидкости, приводит к росту тока в несколько раз.

 

Пробой твердых диэлектриков

В твердых диэлектриках, наряду с электрическим, тепловым и электрохимическим пробоем возможны также ионизационный, электромеханический и электротермический механизм пробоя.

Ионизационный пробой можно наблюдать в полимерных диэлектриках, содержащих газовые поры, в которых развиваются процессы ионизации, так называемые частичные разряды. В результате электронно-ионной бомбардировки стенок пор и действии оксидов азота и озона полимер изменяет химический состав и механически разрушается.

Электромеханический пробой характерен для хрупких диэлектриков и пористых керамик. Он возникает в результате механического разрушения из-за развития микротрещин под действием разрядов в газовых включениях, которые образуют перегретые области диэлектрика.

Электротермический пробой - механическое разрушение полимера при высоком напряжении в результате того, что полимер находится в высокоэластичном состоянии. Причиной является уменьшение толщины диэлектрика из-за электростатического притяжения электродов под действием высокого напряжения.

  Свoйствo металлов oбъясняeтся xoрoшeй прoвoдимoстью электрического тока, a этo знaчит металл oблaдaeт бoльшoй плoтнoстью свoбoдныx электронов. Мaлoe удельное сопротивление имeют xимичeски чистыe металлы. Кaк прaвилo, сплaвы пo срaвнeнию с чистыми металлами oблaдaют бoльшим удельным сопротивлением. Извeстнo, чтo с пoвышeниeм тeмпeрaтуры сопротивление металлов увeличивaeтся.