Пермский государственный технический университет
Кафедра Материаловедение
Группа ктэи-03-2 Реферат Характеристики свойств электротехнических материалов
Выполнил Балуев А.В.
Проверил .Береснев Г.А.
Пермь 2005
Характеристики диэлектриков
В процессе эксплуатации диэлектрик испытывает нагрузки не только электрические, но также тепловые (очень высокие или очень низкие температуры) и механические (статические или динамические), ему приходится работать в условиях повышенной влажности, в химически агрессивной среде и т.п. Поэтому при выборе материала необходимо учитывать весь комплекс воздействующих на него нагрузок.
Диэлектрики – это вещества обладающие ничтожно малой электропроводностью, способностью поляризоваться в электрическом поле и сохранять наведенное на него поле. Основные электрические характеристики этих материалов – диэлектрическая проницаемость ε, удельное объемное сопротивление ρV, удельное поверхностное сопротивление ρS, диэлектрические потериtgδ, электрическая прочностьEПР.
Относительная диэлектрическая проницаемость, или диэлектрическая проницаемость ε, - один из важнейших макроскопических электрических параметров диэлектрика. Диэлектрическая проницаемость ε количественно характеризует способность диэлектрика поляризоваться в электрическом поле, а также оценивает степень его полярности; ε является константой диэлектрического материала при данной температуре и частоте электрического напряжения и показывает, во сколько раз заряд конденсатора с диэлектриком больше заряда конденсатора тех же размеров с вакуумом.
Диэлектрическую проницаемость рассматриваемого диэлектрика можно представить как отношение заряда QK конденсатора, заполненного диэлектриком, к зарядуQ0такого же конденсатора с вакуумом:
Из формулы следует, что диэлектрическая проницаемость ε – величина безразмерная, и у любого диэлектрика она больше единицы; в случае вакуума ε=1.
Кроме относительной диэлектрической проницаемости ε различают абсолютную диэлектрическую проницаемость εА, Ф/м.
которая не имеет физического смысла и используется в электротехнике.
Электропроводность диэлектриков имеет две характерные особенности. Первая особенность заключается в том, что при приложении к образцу твердого или жидкого диэлектрика постоянного напряжения через него протекает ток сквозной проводимости (ток утечки) I, который складывается из двух составляющих: тока объемной проводимостиIVи тока поверхностной проводимостиIS
Для сравнительной оценки величин токов объемной и поверхностной проводимостей пользуются значениями удельного объемного сопротивления ρVи удельного поверхностного сопротивления ρS.
Удельное объемное ρV () и удельного поверхностного ρS() сопротивления определяются соответственно по формуле:
где RV – объемное сопротивление;
RS– поверхностное сопротивление образца;
d1– утренний диаметр «кольцевого» электрода;
d2 – диаметр измерительного электрода;
ρV, ρS зависит от химического состава, примесей, температуры, влажности.
Диэлектрическими потерями P(Вт) называют ту часть энергии приложенного электрического поля, которая рассеивается в диэлектрике за единицу времени. Эта энергия переходит в тепло, и диэлектрик нагревается.
Диэлектрические потери электроизоляционных материалов и конструкции часто характеризуют тангенсом угла диэлектрических потерь tgδ, где δ – угол, дополняющий до 90° угол сдвига фаз между током и напряжением (угол φ) в емкостной цепи
Величина tgδявляется важной характеристикой диэлектриков. Она определяет диэлектрические потери в материале: чем большеtgδ, тем более высокие диэлектрические потери. О величине диэлектрических потерь участка изоляций и некоторых радиодеталей можно судить также по значениям их добротностиQ:
Qнизкочастотных диэлектриков (tgδ>0.001);
Qвысокочастотных диэлектриков (tgδ<0.001)
Пробой диэлектрика называют такое его состояние, когда диэлектрик при некотором значении напряженности электрического поля утрачивает свой электроизоляционные свойства. В диэлектрике образуются канал проводимости.
Следствием пробоя является возникновение тока короткого замыкания IКЗ, который не зависит от природы диэлектрика и определяется лишь мощностью источника напряжения и сопротивлением внешней цепи. Ток короткого замыкания приводит к механическому и тепловому разрушению твердого диэлектрика – образуется сквозное проплавленное отверстие. Изделия с «пробитой изоляцией не подлежит эксплуатации, так как при подаче напряжения произойдет повторно пробой изоляций, но уже при более низком напряжении.
Напряжение, при котором наступает пробой, называют пробивным напряжением UПР, а напряженность электрического поля в данном случае характеризует электрическую прочностьEПРдиэлектрика.
Следовательно, электрическая прочность EПР диэлектрика – это минимальное значение напряженности приложенного электрического поля, при котором наступает пробой. В простейшем случае можно принять
где h– толщина диэлектрика в месте пробоя;
В СИ EПР измеряется в В/м.
Электрическая прочность EПР диэлектриков зависит в первую очередь от степени однородности образца, химического состава и строения материала, толщины образца (расстояние между электродами), частоты и времени приложения напряжения, давления, влажности и т.д.