48) Электропроводность газообразных диэлектриков.

Электропроводность газообразных диэлектриков (например, воздуха) обусловлена наличием в них заряженных частиц – ионов и электронов. В зависимости от причин, вызывающих ионизацию молекул газа, различают электропроводность несамостоятельную и самостоятельную. Ионизация – это процесс, когда под действием ионизирующего излучения (солнечных лучей, радиоактивного облучения) или сильного электрического поля молекула газа теряет электрон и превращается в положительный ион. Несамостоятельная электропроводность осуществляется за счет ионов и электронов, образующихся в результате ионизации, вызванной внешним энергетическим воздействием, таким, как космические и солнечные лучи, радиоактивное излучение Земли.

Самостоятельная электропроводность обусловлена ионами и электронами, образующимися в сильных электрических полях в результате электронной ударной ионизации, фотоионизации и эмиссии электронов из катода. Поля, вызывающие ионизацию газов, считают сильными, а не вызывающие ионизацию – слабыми. Напряженность, разделяющую слабые и сильные поля, называют критической напряженностью. Одновременно с процессом ионизации протекает обратный процесс – рекомбинация, когда разноименные заряды образуют нейтральную молекулу. Между процессами ионизации и рекомбинации устанавливается равновесие, которое может быть смещено в ту или иную сторону путем изменения интенсивности внешнего энергетического воздействия или напряженности приложенного электрического поля.

49) Процесс саморазряда изоляции.

С учетом электропроводности изоляции схема замещения ее может быть представлена как параллельное соединение активного сопротивления R и емкости С. Если зарядить конденсатор С, зашунтированный резистором R до напряжения U₀, а затем отключить его от источника напряжения и оставить разомкнутым, то конденсатор С будет постепенно разряжаться на резистор R. Напряжение на конденсаторе при этом будет изменяться по закону затухающей экспоненты. Величина T = R·C называется постоянной времени саморазряда конденсатора. Она измеряется в секундах и равна тому промежутку времени, в течение которого напряжение на конденсаторе уменьшится. Постоянная времени саморазряда изоляции не зависит от геометрических размеров изоляции, а определяется исключительно свойствами изоляции.

50) Диэлектрическими потерями называют энергию, рассеиваемую в единицу времени в диэлектрике при воздействии на него электрического поля и вызывающую нагрев диэлектрика. Потери энергии в диэлектриках наблюдаются как при переменном напряжении, так и при постоянном, поскольку в материале обнаруживаются сквозной ток, обусловленный проводимостью. При постоянном напряжении, когда нет периодической поляризации, качество материала характеризуется значениями удельных объемного и поверхностного сопротивления. При переменном напряжении необходимо использовать какую-то другую характеристику качества материала, так как в этом случае, кроме сквозной электропроводимости, возникает ряд добавочных причин, вызывающих потери энергии в диэлектрике. Для характеристики способности диэлектрика рассеивать энергию в электрическом поле пользуются углом диэлектрических потерь, а также tg этого угла. Природа диэлектрических потерь в электроизоляционных материалах различна в зависимости от агрегатного состояния вещества. Диэлектрические потери могут обуславливаться сквозным током или активными составляющими поляризационных токов. При изучении диэлектрических потерь, непосредственно связанных с поляризацией диэлектрика, можно изобразить это явление в виде кривых, представляющих зависимость электрического заряда на обкладках конденсатора с данным диэлектриком от приложенного к конденсатору напряжения. При отсутствии потерь, вызываемых явлением поляризации, заряд линейно зависит от напряжения и такой диэлектрик называется линейным. Диэлектрические потери по их особенностям и физической природе можно подразделить на четыре основных вида:

• диэлектрические потери, обусловленные поляризацией;

• диэлектрические потери сквозной электропроводности;

• ионизационные диэлектрические потери;

• диэлектрические потери, обусловленные неоднородностью структуры.

Способность диэлектрика рассеивать энергию в электрическом поле обычно характеризуют углом диэлектрических потерь, а также тангенсом угла диэлектрических потерь. При испытании диэлектрик рассматривается как диэлектрик конденсатора, у которого измеряется емкость и угол δ, дополняющий до 90° угол сдвига фаз между током и напряжением в емкостной цепи. Этот угол называется углом диэлектрических потерь. Измерение тангенса угла диэлектрических потерь. Для измерения емкости и угла диэлектрических потерь (или tgδ) эквивалентную схему конденсатора представляют как идеальный конденсатор с последовательно включенным активным сопротивлением (последовательная схема) или как идеальный конденсатор с параллельно включенным активным сопротивлением (параллельная схема). Значение тангенса угла диэлектрических потерь измеряют при напряжениях, меньших U (обычно 3 - 10 кВ). Напряжение выбирается так, чтобы облегчить испытательное устройство при сохранении достаточной чувствительности прибора. Значение тангенса угла диэлектрических потерь (tgδ) нормируется для температуры 20° С, поэтому измерение следует производить при температурах, близких к нормированной (10 - 20^о С). В этом диапазоне температур изменение диэлектрических потерь невелико, и для некоторых типов изоляции измеренное значение может без пересчета сравниваться с нормированным для 20 °С.

51) Электрическая прочность – это минимальная напряженность однородного электрического поля Е_пр, при которой наступает пробой диэлектриков. Электрическая прочность зависит от материала диэлектрика, конфигурации электродов, внешних факторов, качества диэлектрика, типа воздействующего напряжения. Электрической прочностью обладают все газы, в том числе пары металлов, твердые и жидкие диэлектрики. При определении электрической прочности для исключения теплового пробоя измерения производятся, как правило, в импульсном режиме, но импульсы напряжения должны быть достаточно длительными, чтобы процессы, приводящие к электрическому пробою, протекали без перенапряжений. Такими процессами являются ударная ионизация либо туннельное просачивание, либо то и другое. При напряжениях выше электрической прочности диэлектрик становится проводником (когда напряженность электрического поля Е достигает пробивной Епр, электропроводность скачкообразно возрастает). Переход в проводящее состояние часто приводит к разрушению материала из-за перегрева. Электрическая прочность у газов, сравнительно с прочностью жидкостей и твердых диэлектриков, невелика и сильно зависит от внешних условий и от природы газа. Жидкие диэлектрики отличаются более высокими значениями электрической прочности,

чем газы в нормальных условиях. В твердых диэлектриках чисто электрический пробой имеет место, когда исключено влияние электропроводности и диэлектрических потерь, обусловливающих нагрев материала, а также отсутствует ионизация газовых включений. Пробой диэлектриков – это резкое возрастание электропроводности диэлектрика в электрическом поле, напряженность которого превышает электрическую прочность и образование проводящего канала в диэлектрике. Пробой диэлектриков может сопровождаться их разрушением. Минимальное приложенное к диэлектрику напряжение,

приводящее к его пробою, называют пробивным напряжением U_пр. Значение пробивного напряжения зависит от толщины диэлектрика h и формы электрического поля, обусловленной конфигурацией электродов и самого диэлектрика. Поэтому оно характеризует не столько свойства материала, сколько способность конкретного образца противостоять сильному электрическому полю. Если пробой произошел в газообразном диэлектрике, то благодаря высокой подвижности молекул пробитый участок после снятия напряжения восстанавливает свои электрические свойства. Пробой твердых диэлектриков заканчивается разрушением изоляции. Однако разрушение материала можно предупредить, ограничив нарастание тока при пробое допустимым пределом. Пробой диэлектриков может возникать в результате чисто электрических, тепловых, а в некоторых случаях и электрохимических процессов, обусловленных

действием электрического поля. Механизмы пробоя диэлектриков зависят и от агрегатного состояния вещества. Виды пробоев в диэлектриках.

Электротепловой пробой заключается в том , что при приложении электрического поля диэлектрик разогревается за счет диэлектрических потерь, а с увеличением температуры электрическое сопротивление диэлектрика увеличивается, т.е. увеличивается сквозной ток, а это в свою очередь приводит к разогреву диэлектрика вплоть до того, что меняются его механические свойства, он растрескивается, оплавляется и таким образом, при относительном низком напряжении может произойти электротепловой пробой диэлектрика. Электрохимический пробой заключается в том, что в диэлектриках под действием электрического поля и теплоты начинают происходить электрохимические процессы (электролиз, ионизация, окисление). Возможно образование веществ с низкой электрической прочностью. Особенно этот электрохимический пробой усиливается с увеличением температуры и влажности.

Поверхностный пробой – это пробой газа или жидкости вблизи поверхности твердого диэлектрика, т.е. E_пр твердого диэлектрика не нарушается, но образование проводящего канала на его поверхности существенно уменьшает рабочее напряжение изолятора. Чтобы уменьшить поверхностный пробой изоляторы делают ребристыми, что увеличивает длину разрядного пути вдоль поверхности твердого диэлектрика. На поверхности изолятора наносят полупроводниковый материал или диэлектрические пленки с большим ε или погружают в трансформаторное масло.

52) Нагревостойкость диэлектрика - способность диэлектрика выдерживать воздействие повышенной температуры в течение времени, сравнимого со сроком нормальной эксплуатации, без недопустимого ухудшения его свойств.  В зависимости от значений допустимых в эксплуатации температур, диэлектрики различаются по классам нагревостойкости. Температурные индексы диэлектрических материалов зависят от их физических свойств и

определяются классом нагревостойкости.

Класс нагрево- стойкости	Температура, °С	Характеристика основных групп электроизоляционных материалов, соответствующих данному классу нагревостойкости
Y	90	Волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка и натурального шелка, не пропитанные и не погруженные в жидкий электроизоляционный материал
А	105	Волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка или натурального, искусственного и синтетического шелка, пропитанные или погруженные в жидкий электроизоляционный материал
m	120	Синтетические органические материалы (пленки, волокна, смолы и др.) и другие материалы или простые сочетания материалов, для которых на основании практического опыта или соответствующих испытаний установлено, что они могут работать при температуре, соответствующей данному классу
В	130	Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые с органическими связующими и пропитывающими составами
F	155	Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетании с синтетическими связующими и пропитывающими составами, которые соответствуют данному классу нагревостойкости
Н	180	Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетании с кремнийорганическими связующими и пропитывающими составами, кремнийорганические эластомеры
С	Свыше 180	Слюда, керамические материалы, стекло, кварц или их комбинации , применяемые без связующих или с неорганическими и элементоорганическими составами. Температура применения этих материалов определяется их физическими, химическими, механическими и электрическими свойствами

Холодостойкость диэлектрика – его способность сохранять свои диэлектрические свойства  при низких температурах  без недопустимых изменений своих диэлектрических качеств.