- •Содержание.
- •4.5. Полупроводниковые материалы. 32
- •5.4. Проводниковые материалы. 33
- •Значение электротехнических материалов.
- •Классификация материалов.
- •Диэлектрики.
- •Характерные особенности диэлектриков.
- •Области применения диэлектриков.
- •Электрические характеристики диэлектриков.
- •Поляризация диэлектриков. Диэлектрическая прочность.
- •Виды поляризаций.
- •Зависимость ε от некоторых факторов.
- •Определение диэлектрической проницаемости.
- •Электропроводность диэлектриков.
- •Диэлектрические потери.
- •Параллельная схема замещения и векторная диаграмма реального конденсатора.
- •Пробой диэлектрика.
- •Электрический пробой газов.
- •Экспериментальный закон Пашена.
- •Пробой жидких диэлектриков.
- •Пробой твёрдых диэлектриков.
- •Физико-механические и химические свойства диэлектриков.
- •Механические свойства диэлектрика.
- •Тепловые характеристики диэлектриков.
- •Влагостойкость диэлектрика.
- •Распределение влаги внутри диэлектрика.
- •Другие характеристики диэлектриков.
- •Электроизоляционные материалы.
- •Газообразные диэлектрики.
- •Жидкие диэлектрики.
- •Твёрдые органические диэлектрики.
- •Неорганические диэлектрики.
- •Магнитные материалы.
- •Характерные особенности магнитных материалов.
- •Области применения магнитных материалов.
- •Характеристики магнитных материалов.
- •Магнитомягкие магнитные материалы.
- •Материалы с большой μн.
- •Магнитные материалы с большой индукцией насыщения.
- •Марки электротехнической стали.
- •М Рисунок 3.19 агнитотвёрдые материалы.
- •Энергетическая диаграмма чистого полупроводника.
- •Примесная электропроводность.
- •Структурная схема чистого кремния.
- •Вольт-Амперная характеристика p-n переходва .
- •Характеристики проводников.
- •Проводниковые материалы.
- •Проводниковые материалы Классификация и основные свойства проводниковых материалов
- •1 Ом· м ═ 10·10 мкОм· м ═ 10· 10 Ом· мм²/м.
-
Экспериментальный закон Пашена.
Экспериментальный закон Пашена выявляет зависимость Епр, давления на расстояние Uпр=f(Ph).
Для воздуха Uпр min=280В=0,28кВ – значение ниже которого не может быть (0 тоже не может быть).
В
Uпр
Резко неоднородное поле наблюдается при форме электродов Игла-Плоскость. При «+» на игле положительные ионы образуют объёмный заряд, который увеличивает напряжённость в основном промежутке, которая является как бы продолжением иглы.
Е
Uпр
При ионизации электроны движутся к «+», а ионы к «-». Ионы – положительный, объёмный заряд. Пробой происходит при меньшей напряжённости:
Епр(-игла+плоскость)= Епр.
Ударная ионизация. Из молекулы выбивается электрон под действием ударов свободных электронов.
Фотонная ионизация: Wф=Wион.
-
Пробой жидких диэлектриков.
Епр жидкого диэлектрика обычно больше Епр воздуха.
Епр жидких диэлектриков зависит от:
-
Химической природы.
-
Наличия примесей(особенно H2O и др. полярных диэлектриков).
-
Наличия воздушных включений.
-
Других факторов (неоднородности поля, температуры, формы испытательного напряжения и т.д.).
Чисто электрический пробой развивается и завершается силами электрического поля. Образуются лавины электронов и ионов. Они вырываются из молекул диэлектрика и электродов.
Рисунок
2.18
Епр=f(%H2O) – для трансформаторного масла.
(влага)
Рисунок
2.19
Мостики высокой проводимости образуют нити плёнки, обладающие высокой проводимостью. Аналогично примеси взвешенных частиц, мостики проводимости образуют взвешенные увлажнённые частицы изоляции.
Епр и Uпр трансформаторного масла в значительной мере зависят от наличия примесей и влаги. Высокая скорость старения, взрыво- и пожароопасность, резкая зависимость Uпр от наличия влаги и примесей вызывает необходимость периодического определения Uпр трансформаторного масла и температуры вспышки паров масла в смеси с воздухом.
Назначение трансформаторного масла:
-
Дополнительная электрическая изоляция.
-
Отвод тепла от обмотки трансформаторного, при этом Uпр теплового пробой .
-
Для гашения дуги в маслонаполненных выключателях.
-
В маслонаполненных кабелях.
-
В масляных конденсаторах с большой реактивной мощностью.
Необходимость периодического испытания трансформаторного масла вызвана его недостатками:
-
Высокая скорость старения.
-
Взрыво- и пожароопастность.
-
Резкая зависимость Uпр от примесей влаги.
Причина периодических испытаний – не допустить аварии.
-
Пробой твёрдых диэлектриков.
1) Электрический пробой твёрдых диэлектриков происходит под действием сил электрического поля, развивается и завершается силами электрического поля. При этом образуется лавина электронов, вырываемых и выбиваемых из электродов и молекул твёрдого диэлектрика.
λтв<λжид<λгаз
Uпр.тв>Uпр.жид>Uпр.газ
Образовавшийся канал разряда после снятия напряжения не восстанавливается – это недостаток.
Епр твёрдых диэлектриков зависит от:
-
Химической природы.
-
Епр=f(h) h Eпр т.к. увеличивается вероятность совпадения слабых мест.
-
Наличия примесей (влаги)
-
Старения. Епр tgδ Pиз Т.
2) Электротепловой пробой твёрдых диэлектриков развивается под действием тепла, выделяемого в диэлектрике, а завершается силами электрического поля.
При Т>Ткр Ра>РТ – разогрев Т UпрUраб.
-
Р
Рисунок 2.20
а1=U12ωC tgδ –тепло, выделяемое в диэлектрике (потери) при U=U1. -
Pa2=U22ωC tgδ – тепло, отводимое в диэлектрике при U=U2>U1.
-
PT=σTS0(T-T0) – тепло, отводимое с поверхности диэлектрика.
Т – температура диэлектрика.
Т0 – температура окружающей среды.
Т1р, Т2р – рабочая температура диэлектрика при напряжениях U1 и U2 соответственно.
Т1кр, Т2кр – критическая температура диэлектрика при напряжениях U1 и U2 соответственно.
σТ – коэффициент теплопередачи.
Sox – площадь охлаждаемой поверхности.
Критическая температура – это максимальная температура, при которой Ра=РТ (тепловое равновесие).
При T≤Tкр Ра=РТ – тепловое равновесие, т.е. тепло, выделяемое диэлектриком в секунду, равно теплу, отводимому от диэлектрика за секунду.
Тепловое равновесие устанавливается в интервале температур Ткр≥Т=Тр.
При Т>Ткр Ра>РТ – нарушается тепловое равновесие, происходит разогрев диэлектрика до Т>>Ткр.
При разогреве диэлектрика Т, tgδ, Pa, UпрUраб – пробой диэлектрика.
В параллельной схеме замещения .
U2 – напряжение, при котором Т1кр=Т2кр, Ра=РТ.
;
.
UТпр зависит от условий охлаждения σТ.
Охлаждение, UТпр.
В процессе старения Rиз tgδ Pa Tкр UТкрUраб.
Поэтому измеряют Rиз и tnδ для того, чтобы предупредить аварийный пробой изоляции.
Rиз≥Rиз.min;
tgδ<tgδmax.