Электропроводность диэлектриков

2. 1. ОСНОВНЫЕ ЛОНЯТИЯ

Поляризационные процессы смещения связанных зарядов в ве­ществе до момента УстЖШленйя равновесного состояния протекают во времени, создавая токи смещения, в диэлектриках. Токи смеще­ния упругосвязанных зарядов при~~етектронной и ионной поляри­зациях столь кратковременны, что их обычно не удаггся зафиксиро­вать прибором. Токи смещения различных видов замедленной поля­ризации, наблюдаемые у большого числа технических диэлектриков, называют абсорбционными токами. При постоянном напряжении абсорбционные токи, меняя свое направление, протекают только в моменты включения и выключения напряжении; при переменном напряжении они протекают в течение всего времени нахождения материала в электрическом поле.

Н а л и чие в технических диэлектриках небо л ыцого чи сл эсе о бод- ньтх заря дов .приводит к возникновеникГслаБшГпо величине сквоз­ных токов. Ток утечки в техническом диэлектрике представляет "собой"гумму сквозного тока и тока абсорбции. Для плотностей токов можно запибаты

Лу_Х = Л_ск -|- Л_аб-

Плотность тока смещения определяется скоростью изменения вектора электрического смещения О:

обусловлеиного мгновенными (электронными, ионными) и замедлен­ными смещениями зарядов.

Как видно из рис. 2-1, после завершения процессов поляризации через диэлектрик протекает только сквозной ток. Токи смещения необходимо принимать во внимание при измерениях проводимости

30

9

£

. ,/

9

Рис. 2-1. Зав«симость тока утечки через диэлектрик от времени

д иэлектриков ввиду того, что при неболь­шой выдержке образца диэлектрика под напряжением обычно регистрируется не только сквозной ток, но и сопровождаю­щий его ток абсорбции, вследствие чего может создаться неправильное представ­ление о бвншнай проводимости.. Проводи­мость диэлектрика при постоянном напря­женки определяется по сквозному току, сопровождающемуся выделе­нием. и нейтрализацией заряда» на электродах- При переменном напря­жении активная проводимость определяется не только сквозным током, но и активными составляющими абсорбционных токов.

Особенностью электропроводности диэлектриков в большинстве случаев: является ее неэлектвениыи (ионный) характер.

Истинное сопротивление диэлектрика”1?^Г^Н?адёляюш,ее сквоз­ной ток, может быть вычислено по следующей формуле:

= -(2-1)

,

41.

‘аб ‘^ок

где 1_ут — наблюдаемый ток утечки; V — приложенное напряже­ние; /_аб — суммарный ток абсорбции.

Поскольку при определении абсорбционных токов даже замед­ленных видов поляризации возникают некоторые трудности, сопре- тивление диэлектрика рассчитывают обычно как частное от деления напряжения на ток* измеренный через одну минуту после включи ния напряжения и принимаемый за сквозной ток.

Для твердых электроизоляционных материалов необходимо раз­личать объемную и поверхностную проводимость.

Для сравнительной оценки объемной и поверхностной проводи­мости различных материалов пользуются значениями удельное» объемного сопротивления р и удельного поверхностного сопротив­ления р₅.

По удельному объемному сопротивлению может быть определена удельная объемная проводимость, по удельному поверхностному сопротивлению — удельная поверхностная проводимость.

В системе СИ удельное объемное сопротивление р равно объем­ному сопротивлению куба с ребром в I м, мысленно вырезанного из исследуемого материала (если ток проходит сквозь куб, от одной его грани к противоположной), умноженному на. I м.

Для плоского образца материала в однородном поле удельное объемное сопротивление (ом-метр) рассчитывается по формуле ~

р = Я5/Ь, (2-2)

где К — объемное сопротивление образца, Ом' 5 — площадь элек­трода, м²; А — толщина образца, м.

Удельная объемная проводимость ^измеряется в сименсах на метр.

Удельное поверхностное сопротивление равно сопротивлению квадрата (любых размеров), мысленно выделенного на поверхности материала, если ток проходит через квадрат, от одной его стороны к противоположной.

Удельное поверхностное сопротивление (в омах) рассчитывается по формуле

Ps = Rs dH, (2-3)

где R_s — поверхностное сопротивление образца материала, Ом, между параллельно поставленными электродами шириной d, от­стоящими друг от друга на расстояние /.

Удельная поверхностная проводимость y_s измеряется в сименсах.

Полная проводимость твердого диэлектрика, соответствующая его сопротивлению изоляции, складывается из объемной и поверх­ностной проводимостей.

Электропроводность изоляционных материалов обусловливается состоянием вещества: газообразным, жидким или твердым, а также зависит от влажности и температуры окружающей среды. Некоторое влияние на проводимость диэлектриков оказывает также напряжен­ность поля в образце, при которой проводится измерение.

При длительной работе под напряжением ток через твердые и жидкие диэлектрики с течением времени может уменьшаться или увеличиваться. Уменьшение тока со временем говорит о том, что электропроводность материала была обусловлена ионами посторон­них примесей и уменьшалась за счет электрической очистки образца. Увеличение тока со временем говорит об участии в нем зарядов, являющихся структурными элементами самого материала, и о про­текающем в нем под напряжением необратимом процессе старения, способном постепенно привести к разрушению — пробою диэлек­трика.

Произведение сопротивления изоляции диэлектрика конденса­тора и его емкости принято называть постоянной времени само­разряда конденсатора'.

Т₀ = R_a3C.

Значение т₀ определяется из выражения >

U = Uо ехр (—■т/т₀); I

(Л₀ = I/o ехр (—То/То) = Ще,

где U — напряжение на электродах конденсатора спустя время т после отключения его от источника напряжения; £/₀ — напряжение, , до которого был заряжен конденсатор (т =0); R_aa— сопротивле-J ние изоляции (сопротивление сквозному току); С — емкость коиден-І сатора. 1

Легко показать, что

Tg = R_mC = pEgE_r.

Величину т₀ выражают в ом-фарадах или в секундах:

Ом • Ф = — с.

Таким образом, определив постоянную времени как время, по истечении которого напряжение на выводах конденсатора умень­шится вследствие саморазряда в е = 2,7 раза, зная вид материала (а следовательно, и его диэлектрическую проницаемость) и предпо­лагая наличие только объемного тока утечки, можно оценить удель­ное сопротивление использованного диэлектрика.