Пермский государственный технический университет

Кафедра Материаловедение

Реферат Характеристики свойств электротехнических материалов

Выполнил ст гр. КТЭИ-03-2:

Черепанов А.С.

Проверил: Береснев Г.А.

Пермь - 2005

Диэлектрики

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.

Характеристики диэлектриков

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 ρ_V, удельное поверхностное сопротивление ρ_S, диэлектрические потери tgδ, электрическая прочность E_ПР.

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 Q_K конденсатора, заполненного диэлектриком, к заряду Q₀ такого 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 ε_А, 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 проводимости I_V и тока поверхностной проводимости I_S

Для сравнительной оценки величин токов объемной и поверхностной проводимостей пользуются значениями удельного объемного сопротивления ρ_V и удельного поверхностного сопротивления ρ_S.

Удельное объемное ρ_V () и удельного поверхностного ρ_S () сопротивления определяются соответственно по формуле:

где R_V – объемное сопротивление;

R_S – поверхностное сопротивление образца;

d₁ – утренний диаметр «кольцевого» электрода;

d₂ – диаметр измерительного электрода;

ρ_V, ρ_S 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 tgδ является важной характеристикой диэлектриков. Она определяет диэлектрические потери в материале: чем больше tgδ, тем более высокие диэлектрические потери. О величине диэлектрических потерь участка изоляций и некоторых радиодеталей можно судить также по значениям их добротности Q:

Q низкочастотных диэлектриков (tgδ>0.001);

Q высокочастотных 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 I_КЗ, 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 U_ПР, а напряженность электрического поля в данном случае характеризует электрическую прочность E_ПР диэлектрика.

Следовательно, электрическая прочность E_ПР 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 E_ПР измеряется в В/м.

Электрическая прочность E_ПР 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.