Ответы на ТВН

Вопросы к экзамену по дисциплине «Электроэнергетика». ч. 4. (Изоляция и перенапряжение, ТВН)

1.Особенности внешней и внутренней изоляции.

Изоляция электрических установок может быть разделена на внешнюю и внутреннюю изоляцию. К внешней изоляции относятся воздушные промежутки (например, между проводами разных фаз линии электропередачи, между проводами и опорой), внешние поверхности твердой изоляции (изоляторов), промежутки между контактами разъединителя и т.п. Внутренняя изоляция состоит из комбинации различных жидких, твердых и газообразных диэлектриков. К внутренней изоляции относится изоляция обмоток трансформаторов и электрических машин, изоляция кабелей, герметизированная изоляция вводов, изоляция между контактами выключателя в отключенном состоянии и т.д.

Особенности внешней изоляции:

-зависимость электрической прочности от атмосферных условий: давления, температуры и влажности воздуха. На электрическую прочность изоляторов наружной установки существенно влияют загрязнения их поверхности и атмосферные осадки;

-после пробоя внешняя изоляция полностью самовосстанавливается, если снимается напряжение или гаснет дуга в месте пробоя;

-отсутствие старения изоляции.

Особенности внутренней изоляции:

-электрическая прочность внутренней изоляции электрооборудования практически не подвержена влиянию атмосферных условий;

-пробой твердой и комбинированной изоляции - явление необратимое, приводящее к выводу из строя электрооборудования. Жидкая и внутренняя газовая изоляция самовосстанавливается, однако пробои приводят к ухудшению их характеристик;

-подвержена старению, т.е. ухудшению электрических характеристик в процессе эксплуатации (частичные разряды, диэлектрические потери).

2.Виды ионизации газов, лавина электронов, стримерная теория разряда.

Энергия, необходимая для ионизации атома или молекулы, называется энергией ионизации. Ионизация, образование положительных и отрицательных ионов и свободных электронов из электрически нейтральных атомов и молекул.

Рекомбинация ионов и электронов, образование нейтральных атомов или молекул из свободных электронов и положительных атомных или молекулярных ионов; процесс, обратный ионизации. Объемная ионизация – образование заряженных частиц в объеме газа между электродами.

Объемная ионизация подразделяется:

1)на ударную ионизацию;

Ударная ионизация – соударение электрона с нейтральным атомом или молекулой.

2)ступенчатую ионизацию;

Ступенчатая ионизация происходит тогда, когда энергия первого воздействующего на нейтральный атом или молекулу электрона приводит атом только в возбужденное состояние, т. е. энергия электрона недостаточна для ионизации.

3)фотоионизацию;

Для осуществления фотоионизации в объеме газа энергия фотонов, излучаемая возбужденными атомами или молекулами, должна быть больше энергии ионизации при поглощении фотона нейтральным атомом или молекулой. Этот процесс успешно осуществляется в смеси газов (воздух). При фотоионизации возможна и ступенчатая ионизация.

4)термоионизацию.

Термоионизация обусловлена тепловым состоянием газа и может происходить в результате следующих актов:

1)освобождения электрона при соударениях между атомами и молекулами при высоких температурах; 2)фотоионизации нейтральных атомов и молекул, возбужденных в результате теплового взаимодействия при высоких температурах; 3)ионизации при столкновении электрона с нейтральным атомом или молекулой при высоких температурах.

Поверхностная ионизация – излучение (эмиссия) заряженных частиц с поверхности электродов. Поверхностная ионизация (эмиссия электронов) осуществляется за счет:

1) бомбардировки поверхности катода положительными иона-

ми — вторичная электронная эмиссия (ионизация иона).

2) фотоэмиссии, т. е. лучистой энергии, облучающей катод, например, ультрафиолетового света, рентгеновского излучения, излучения возбужденных атомов и молекул в объеме газа между электрода-

ми (ионизация квантом света).

3)нагрева поверхности катода – термоэлектронная эмиссия (темоионизация)

4)энергии внешнего электрического поля – автоэлектронная или холодная эмиссия (автоэлектронная ионизация).

Лавина электронов – процесс нарастания числа электронов, движущихся в электрическом поле по направлению к аноду.

Рисунок 1 – Искажение электрического поля в промежутке, создаваемое лавиной: 1 — средняя напряженность без лавины; 2 —результирующая напряженность Рисунок 2 – Схема определения числа электронов в лавине

Рисунок 3 – Механизм развития катодного стримера:1 – электрод (катод); 2 – канал стримера; 3 – лавины; 4 – движение фотонов; 5 – электроны за счет фотоионизации.

Интенсивность размножения электронов в лавине характеризуется коэффициентом ударной ионизации α, равным числу ионизаций, производимых электроном на пути в 1 см по направлению действия электрического поля (первый коэффициент Таунсенда). На расстоянии x от катода число электронов возросло до n. Увеличение числа электронов dn на пути dx будет равно:

dn = n α dx , либо dnn =α dx , затем интегрируем ∫dnn = ∫α dx . В результате получим

n =α x , тогда n = eα x . Это выражение дает значение электронов в лавине без учета их прилипания к нейтральным атомам и молекулам

Тогда число электронов в лавине с учетом прилипания будет равно:n = e(α−η)x .

Стримерная теория разряда

В процессе развития лавины непрерывно увеличивается число электронов и положительных ионов, при этом Е на фронте лавины возрастает, а в задней части уменьшается. В какой-то момент напряженность в задней части лавины уменьшается настолько, что становится невозможной ударная ионизация. Находящиеся в хвосте лавины отставшие электроны вместе с положительными ионами создают плазменное образование, дающее начало возникновению стримерного канала. Стример - канал, заполненный плазмой. В зависимости от условий стример может быть связан с электродом или нет. Однако характерной особенностью в любом случае является наличие избыточного заряда на конце, создающее местное усиление электрического поля и обеспечивающего непрерывное удлинение плазменного канала.

3.Условие самостоятельности разряда в однородном поле.

После прохождения первой лавины в промежутке лавинный процесс может возобновляться, а может и затухнуть. Для возобновления лавинного процесса нужен хотя бы один вторичный эффективный электрон. Если этот электрон получается в результате внешнего ионизатора, разряд называется несамостоятельным, т. е. если убрать внешний ионизатор, то лавинный процесс не возобновится и разряд затухнет. Если же вторичный эффективный электрон возникает в результате прохождения первичной лавины, разряд называется самостоятельным. Разряд из несамостоятельного может перейти в самостоятельный, если увеличить приложенное к электродам напряжение.

Для возникновения самостоятельного разряда необходимо, чтобы в результате развития первоначальной лавины появился по крайней мере один вторичный электрон, способный создать новую лавину. На расстоянии x от катода число электронов возросло до n. Увеличение числа электронов dn на пути

dx будет равно:dn = n α dx , либо dnn =α dx , затем интегрируем ∫dnn = ∫α dx . В результате

получим n =α x , тогда n = eα x .

Количество положительных ионов, оставшихся в промежутке после прохождения лавины, равно количеству электронов в лавине n = e(α−η)x , исключая начальный электрон, т. е. n+ = e(α−η)S −1.

Электроны, выбитые из катода, не все участвуют в образовании вторичных лавин. Часть электронов рекомбинирует с положительными ионами. Суммарный процесс образования вторичных электронов из катода характеризуется коэффициентом вторичной ионизации γ (второй коэффициент Таунсенда). Коэффициентγ зависит от материала катода, состава и давления газа, и всегда γ<< 1. Количество вторичных электронов, образованных после прохождения первичной лавины, при самостоятельной форме разряда будет

γ (e(α−η)S −1)≥1.

Это уравнение есть условие самостоятельности развития разряда в газовом промежутке. Оно показывает, что в результате прохождения первичной лавины необходимо образование, как минимум, одного эффективного электрона, способного зажечь вторичную лавину.

ЛИБО:

Несамостоятельный разряд – разрядный процесс, для поддержания которого необходим внешний ионизатор.

Самостоятельный разряд – разряд способный существовать в отсутствие внешнего ионизатора.

Для возникновения самостоятельного разряда необходимо, чтобы в результате развития первоначальной лавины появился по крайней мере один вторичный электрон, способный создать новую лавину. Таким образом, условие самостоятельности разряда можно записать в общем виде как

расстояние между электродами

В случае однородного поля условие самостоятельности разряда можно записать как: γeαL ≥1.

Начальное напряжение – напряжение, при котором в промежутке выполняется условие самостоятельности разряда.

Хотя коэффициент вторичной ионизации γ=f(p,E), однако диапазон его изменения невелик и, с доста-

точной степенью точности, можно считать, что ln γ1 = const . Поэтому часто используются другие вы-

ражения для условия самостоятельности разряда.

Для однородного поля: αL ≈ const = K

Из двух последних выражений следует, что для выполнения условия самостоятельности разряда необходимо, чтобы число ионизаций, осуществляемых одним электроном на пути между электродами, было не меньше некоторой определенной величины.

Если γeαL будет превышать единицу, то число развивающихся в промежутке лавин будет непрерывно

возрастать. Последующие лавины будут возникать еще до того, как все положительные ионы, образованные предшествующими лавинами, уйдут на катод. Следовательно, электроны новых лавин будут двигаться в промежутке, заполненном положительными ионами, и вдоль пути лавин газ в промежутке между электродами перейдет в состояние плазмы – произойдет пробой промежутка.

4.Пробивное напряжение газа в однородном поле. Закон Пашена.

Начальное напряжение – напряжение, при котором в промежутке выполняется условие самостоятельности разряда.

Пробивное (разрядное) напряжение – напряжение при котором происходит полная потеря электрической прочности промежутка.

Закон Пашена – при неизменной температуре пробивное напряжение газа в промежутке с однородным полем является функцией произведения давления на расстояние между электродами.

Другими словами: если во столько-то раз увеличить расстояние между электродами и во столько же раз уменьшить давление, то разрядное напряжение не изменится. Это правило подобия межэлектродных промежутков.

На рис. представлена зависимость для воздуха:

При неизменной температуре разрядное напряжение в однородном поле является функцией произведения давления P на расстояние между электродами S, т. е. UПР = f(P S).

Вид этой зависимости можно объяснить, исходя из физических представлений. При S = const увеличение давления, больше значения, соответствующего минимуму, приводит к увеличению числа столкновений электронов с нейтральными атомами и молекулами и, как следствие, к уменьшению его энергии, накапливаемой на длине

свободного пробега. Следовательно, для возникновения ударной ионизации необходимо увеличение напряженияUПР. С другой стороны, при давлениях, меньших минимума пробивного напряженияUПР, увеличивается длина свободного пробега и накапливаемая электроном энергия, но уменьшается количество столкновений, что уменьшает вероятность ударной ионизации. Для ее увеличения необходимо, чтобы как можно большее число столкновений заканчивалось ионизацией. Для этого необходимо увеличивать энергию электрона на длине свободного пробега, т. е. увеличиватьUПР.

Закон Пашена в виде формулы (1.26) справедлив при нормальной температуре. Изменение температуры действует обратно изменению давления и должно учитываться при расчетах. В общем виде, с учетом

На основании закона Пашена могут быть предложены способы повышения пробивного напряжения газов:

1)увеличение давления больше атмосферного; 2)уменьшение давления до значений, меньших, чем давление, соответствующее минимуму, вплоть до вакуума.

5.Развитие разряда в неоднородном поле.

В неоднородном поле, в отличие от однородного, напряженность поля в различных точках промежутка разная по величине или по направлению. К типичным промежуткам с неоднородным полем относят-

ся: стержень–стержень, стержень–плоскость, провод–земляи многие другие реальные изоляционные промежутки.

Степень неоднородности электрического поля характеризуется отношением максимальной напряжен-

ности поля в промежутке к средней, называемым коэффициентом неоднородности поля: КН= Еmax .

Еср

Зависимость напряженности электрического поля от расстояния между электродами типа стержень–плоскость:1 –

EСР =f (S) =U/S; 2 –Emax =f (S); 3 –E*H – напряженность возникновения самостоятельной формы разряда.

Основные закономерности развития разряда в любых резконеоднородных полях ( KH > 4 ) практически одинаковы. При некотором начальном напряжении UН в промежутке возникает самостоятельный разряд в лавинной форме, т. к. вблизи стержня имеется область с напряженностью, превышающей значение E*Н, соответствующее возникновению самостоятельной формы разряда

(рис.). Разряд локализуется в этой области, а вторичные лавины поддерживаются либо за счет фотоионизации из объема газа (при положительной полярности стержня), либо за счет фотоэмиссии или автоэлектронной (холодной) эмиссии с катода (при отрицательной полярности стержня). Такой разряд называется коронным разрядом в лавинной форме. Значение напряжения и напряженности поля на электроде при возникновении коронного разряда зависит от степени неоднородности поля. С увеличением степени неоднородности напряженность на электроде-стержне увеличивается, а напряжение возникновения короны уменьшается.

Такое состояние разряда – устойчивое, т. к. при этом выполняется условие самостоятельности разряда. Этот случай, когда стримеры не достигают противоположного электрода, получил название коронного разряда в стримерной форме.

Для пробоя всего межэлектродного промежутка необходимо еще увеличить напряжение. Тогда образуется канал, который продвигается от электрода с повышенной напряженностью (острие) к противоположному электроду. При пересечении искровым каналом всего промежутка он преобразуется в электрическую дугу, что означает завершение пробоя. В резконеоднородных полях напряжение пробоя

всегда больше напряжения возникновения коронного разряда в любой форме.

Коронный разряд – самостоятельный разряд, возникающий в резконеоднородных полях, в которых ионизационные процессы могут происходить только в узкой области вблизи электродов. Выполнение условия самостоятельности разряда в промежутках с резконеоднородным полем означает возникновение коронного разряда, который может иметь две формы существования: лавинную и стримерную.

Лавинная - такая форма коронного разряда, при которой в промежутке развиваются только электронные лавины. Особенности:

-напряженность создаваемая лавиной электронов меньше напряженности внешнего электрического поля;

-характерна для малых радиусов кривизны электродов (1-2 мм);

-зона ионизации имеет более или менее однородную структуру.

Стримерная - такая форма коронного разряда, при которой в промежутке кроме электронных лавин развиваются стримерные каналы.

Особенности:

-возникает если напряженность, создаваемая лавиной электронов, сопоставима с напряженностью поля до появления лавины;

-характерна для радиусов кривизны электродов порядка 1см и более;

-на коронирующий электрод оказываются как бы насажанными тоненькие проводники – каналы стримеров, на концах которых напряженность электрического поля может достигать очень больших значений.

6. Влияние полярности электродов на пробивное напряжение, влияние барьера на пробивное напряжение.

Эффект полярности:

Пробивное напряжение - это напряжение, при котором происходит потеря электрической прочности промежутка.

Начальное напряжение -минимальное напряжение, при котором выполняется условие самостоятельности разряда.

При положительной полярности острия, имеющиеся в промежутке электроны, двигаясь к острию в область сильного поля, совершают ударную ионизацию и образуют лавину электронов. Когда лавина доходит до острия, электроны лавины нейтрализуются на аноде, а положительные ионы вследствие малой скорости движения остаются у острия и создают положительный объемный заряд, который обладает собственным электрическим полем. Взаимодействуя с внешним полем в промежутке, положительный объемный заряд ослабляет поле вблизи острия и усиливает его в остальной части промежутка (см. рис., а). Если напряжение между электродами достаточно велико, то возникает лавина электронов справа от объемного заряда, электроны которой, смешиваясь сположительными ионами объемного заряда, создают зародыш канала анодного стримера, заполненный плазмой. Зажигается стримерный коронный разряд. Положительные заряды этой лавины будут располагаться на головке стримера и создавать область повышенной напряженности во внешнем пространстве. Наличие области сильного поля обеспечиваетобразование новых лавин, электроны которых втягиваются в канал стримера, постепенно удлинняя его. Стример прорастает к катоду, вызывая пробой промежутка, при

сравнительно малом значении разрядного напряжения.

Образование анодного (а) и катодного (б) стримера: E – напряженность внешнего поля; EОБ – напряженность поля объемного положительного заряда; Eрез – результирующая напряженность в промежутке после ионизации

При отрицательной полярности острия электрическое поле непосредственно у острия приводит к эмиссии

электронов с катода, которые сразу попадают в сильное поле и производят ударную ионизацию, образуя большое число лавин. Электроны лавин, перемещаясь в слабое поле у анода, теряют скорость, захватываются нейтральными молекулами, становятся отрицательными ионами, рассеянными в пространстве. Положительные ионы лавин образуют объемный заряд у острия, который, взаимодействуя с внешним полем, будет увеличивать напряженность непосредственно у острия и уменьшать – в остальной части промежутка (рис., б). Увеличение поля у острия приводит к усилению эмиссии электронов с поверхности катода, которые, смешиваясь с положительным объемным зарядом, образуют у катода зародыш катодного стримера.

В силу рассмотренных выше особенностей развитие стримера при отрицательном острие происходит с большими трудностями, поэтому разрядное напряжение при отрицательной полярности острия в 2–2,5 раза больше, чем при положительной полярности (рис.):

Зависимость пробивного напряжения от расстояния между электродами стержень-плоскость на импульсном напряжении: 1 — положительная полярность острия; 2

— отрицательная полярность острия; 3 — однородное поле

Барьерный эффект

Существенное влияние объемного заряда на развитие разряда в промежутке с резконеравномерным полем используется на практике для увеличения разрядных напряжений изоляционных промежутков. Это увеличение достигается помещением в промежуток барьеров из твердого диэлектрика (электрокартон, гетинакс и др.). При положительном острие положительные ионы оседают на барьер и растекаются по его поверхности тем равномернее, чем дальше от острия расположен барьер. Это приводит к более равномерному распределению напряженности в промежутке между барьером и плоскостью (рис., а) и, следовательно, к значительному увеличению разрядного напряжения.

При отрицательной полярности стержня электроны, двигаясь от острия, попадают на барьер, теряют скорость и большинство из них вместе с атомами кислорода становятся отрицательными ионами. На барьере в этом случае появляется концентрированный отрицательный заряд, увеличивающий напряженность поля не только между положительным объемным зарядом у острия и барьером, но и во внешнем пространстве (рис., б). Поэтому при отрицательной полярности острия увеличение разрядного напряжения в промежутке при наличии барьера будет незначительным. При расположении барьера в средней части промежутка разрядные напряжения при отрицательной и положительной полярностях

близки.

Распределение напряженности поля в межэлектродном промежутке при наличии барьера:а – положительная полярность стержня;б – отрицательная полярность стержня; 1 – распределение напряженности поля без барьера; 2 – распределение напряженности поля с барьером Таким образом, барьеры в промежутке устанавливают-

ся на таком оптимальном расстоянии от острия, при котором разрядные напряжения максимальны (25–30% от длины промежутка между электродами), причем при положительной полярности острия разрядное напряжение может увеличиться в 2 раза по сравнению с промежутком такой же длины, но без барьера (рис. ):

Влияние барьера на пробивное напряжение газового промежутка при положительной (1, 3) и отрицательной (2, 4) полярностях напряжения:прямые 1 и 2 – пробивное напряжение промежутка без барьера; кривые 3 и 4 – пробивное напряжение промежутка с барьером Барьеры широко используются в высоковольтных конструкциях, работающих как в воздухе, так и в

масле (высоковольтные вводы, трансформаторы и др.). На переменном напряжении электрическая прочность на положительной полярности увеличивается и приближается к электрической прочности на отрицательной полярности.

7. Коронный разряд на ВЛЭП при постоянном и переменном напряжении. Способы ограничения потерь на корону.

Коронный разряд — это самостоятельный разряд, при котором ударная ионизация электронами имеет место не на всей длине промежутка, а лишь в его части, у электродов. Коронный разряд может иметь лавинную и стримерную форму. Пробой коронирующего промежутка происходит при напряжении большем, чем начальное.

На постоянном напряжении различают униполярную и биполярную корону. Если коронирует один провод – униполярная корона. При униполярной короне генерируемые короной заряды, имеющие тот же знак, что и коронирующий провод, под действием электрического поля устремляются к земле, где происходит их нейтрализация. При биполярной короне объемные заряды проводов различной полярности движутся навстречу друг другу. При встрече происходит рекомбинация ионов разных знаков. Часть ионов проникает в пространство вблизи противоположного провода, что приводит к усилению интенсивности коронирования. Это увеличивает потери на корону.

На переменном напряжении коронный разряд зажигается при достижении начального напряжения, равного напряжению зажигания короны Uн при времени t1 (см. рис. ,а). Вокруг провода образуется зона ионизации, называемая чехлом короны (см. рис. 1.,в). Из чехла короны положительные заряды (как на рис.,в) выносятся в окружающее пространство и образуют внешний объемный заряд (ОЗ). Процесс коронирования продолжается до тex пор, пока напряжение не достигнет Umax при t2.

Несмотря на повышение напряжения до Uмакс, напряженность на проводе остается постоянной и равной ЕН из-за влияния объемного заряда. Затем напряжение начинает снижаться. Синхронно снижается и напряженность на проводе, что приводит к погасанию короны. Но после погасания короны (после t2) в

пространстве вокруг провода остается положительным внешний объемный заряд, который еще удаляется от провода (см. рис., в).

Расстояние, на которое удаляется объемный заряд, зависит от напряжения на проводе и составляет ~ 40– 100см. Разность потенциалов между проводом и ОЗ увеличивается по мере уменьшения напряженности на проводе до времени t3. При t4 (см. рис.,а,в), когда напряжение достигаетU0, которое значительно меньше Uн, зажигается отрицательная корона. При этом отрицательно заряженные частицы начинают двигаться от провода во внешнюю область, а навстречу (к проводу) движутся положительно заряженные частицы из внешнего объемного заряда. Происходит рекомбинация заряженных частиц до полной компенсации положительного внешнего ОЗ. Затем накапливается отрицательный ОЗ во внешней области. Все это происходит за время от t4 до t5 (см. рис.,а,в). В момент времени t5 (начало уменьшения напряжения) отрицательная корона гаснет. В дальнейшем все эти циклы повторяются и зажигание короны на обеих полярностях происходит приU0. Возникновение коронного разряда в мо-

мент t1 приводит к появлению тока короны ik, который накладывается на емкостный ток линии и искажает синусоиду тока (рис.,б). Длительность пиков тока короны равна длительности ее горения, т. е. от t1 до t2 (или t4–t5,t6–t7).

Ограничение потерь на корону:

Потери на корону и радиопомехи в первую очередь зависят от максимальной напряженности поля на поверхности провода, которая при заданном напряжении определяется главным образом радиусом провода. Поэтому основным методом ограничения потерь на корону и радиопомех является увеличение ра-

диуса провода. При Uном≥330 кВ необходимы провода диаметра во многих случаях превышающего диаметр, выбранный из условия передачи по линии заданной мощности.

Экономическое решение можно получить посредством применения так называемых расширенных проводов. Они имеют диаметр, при котором обеспечивается необходимое снижение напряженности поля на их поверхности, а для сокращения площади поперечного сечения делаются полыми или со стеклопластиковой сердцевиной.

Большое применение получило расщепление проводов фаз.

8.Электропроводность твердых диэлектриков.

Диэлектрики – такие материалы, у которых запрещенная зона настолько велика, что электронной электропроводности в обычных условиях не наблюдается.

Полупроводники - вещества с более узкой запрещенной зоной, которая может быть преодолена за счет внешних энергетических воздействий.

Проводники - материалы, у которых заполненная электронами зона вплотную прилегает к зоне свободных энергетических уровней или даже перекрывается ею.

Для твердых диэлектриков принято различать поверхностную и объемную электропроводности. Поверхностная электропроводность имеет место тогда, когда на поверхности твердого диэлектрика образуется тонкий (невидимый глазом) слой адсорбированной влаги. В этом слое частично растворяются загрязнения, попавшие на поверхность диэлектрика. Молекулы загрязняющих веществ при растворении диссоциируют, образуя ионы. Поэтому слой адсорбированной влаги имеет, как правило, достаточно высокую электрическую проводимость.

Характеристикой этого процесса является удельная поверхностная проводимость γs (1/Ом). Величина γs зависит от способности диэлектрика адсорбировать на своей поверхности влагу и смачиваться водой, а также от влажности воздуха. Исходя из этого твердые диэлектрики разделяются на гидрофильные и гидрофобные.

Гидрофильные – хорошо адсорбируют влагу и смачиваются водой (угол смачивания менее π/2). Большинство твердых диэлектриков являются гидрофильными материалами (в том числе стекло и фарфор). У них удельная поверхностная проводимость резко увеличивается с ростом относительной влажности воздуха. Например, поверхностная проводимость γs глазури на фарфоре при повышении влажности воздуха от 0 до 80% увеличивается от 10-13 до 10-9Ом-1.

Объемная электропроводность. Это способность твердого диэлектрика проводить в электрическом поле ток. Она может быть обусловлена движением ионов одного или обоих знаков, а в сильных электрических полях – и движением свободных электронов.

Ионная проводимость твердых диэлектриков наблюдается в слабых и сильных электрических полях. Создающие эту проводимость ионы могут принадлежать основному веществу или компоненте диэлектрика, однако в большинстве случаев ионы является примесями.

Свободные электроны в твердом диэлектрике могут образовываться в результате эмиссии с поверхности катода, вследствие эмиссии дырок (вакантных мест) с поверхности анода и туннельного перехода электронов из нормальной (валентной) зоны в зону проводимости.

9.Поляризация твердых диэлектриков, диэлектрические потери.

Поляризация диэлектриков — явление, связанное с ограниченным смещением связанных зарядов в диэлектрике или поворотом электрических диполей, обычно под воздействием внешнего электрического поля, иногда под действием других внешних сил или спонтанно.

Поляризацию диэлектриков характеризует вектор электрической поляризации. Физический смысл вектора электрической поляризации — это дипольный момент, отнесенный к единице объема диэлектрика. Вектор поляризации применим для описания макроскопического состояния поляризации не только обычных диэлектриков, но и сегнетоэлектриков, и, в принципе, любых сред, обладающих сходными свойствами.

Поляризация — состояние диэлектрика, которое характеризуется наличием электрического дипольного момента у любого (или почти любого) элемента его объема.

Поляризация: 1)Деформационная (электронная), 2)Дипольная,

3) Миграционная (внутрисловевая)

Электронная поляризация представляет смещение под воздействием внешнего электрического поля орбит электронов относительно положительно заряженного атома ядра.

Ионная поляризация - смещение относительно друг друга ионов, образующих молекулы диэлектрика. Дипольная поляризация – существует в диэлектриках с жесткими диполями в неполяризованном диэлектрике направлены хаотически по всем направлениям, при этом суммарный момент диэлектрика равен нулю.

Миграционная поляризация имеет место в неоднородных диэлектриках и обусловлена движением в электрическом поле свободных зарядов (обычно ионов). Она представляет практический интерес в связи с тем, что наблюдается в изоляции конструкций ВН, в которой обычно используются неоднородные диэлектрические материалы или комбинации диэлектриков.

Сущность миграционной поляризации поясним на простом примере двухслойного диэлектрика, расположенного между плоскими электродами. Для такого диэлектрика возможны две схемы замещения. Для миграционной поляризации характерно накопление на границе слоев неоднородного диэлектрика заряда абсорбции.

Диэлектрические потери:

Все потери в диэлектрике, рассеиваемые при приложении к нему пере-менного напряжения, называются диэлектрическими потерями. Обычно потери от проходящих через диэлектрик токов сквозной проводимости по сравнению с потерями на поляризацию малы и имеют значение лишь при весьма большом увлажнении или больших положительных температурах.