«Электрохимический пробой»

Электрохимический пробой изоляционных материалов имеет особенно существенное значение при повышенных температурах и высокой влажности воздуха. Этот вид пробоя наблюдается при постоянном и переменном напряжениях низкой частоты, когда в материале развиваются электролитические процессы, обусловливающие необратимое уменьшение сопротивления изоляции.

Такое явление часто называют также старением диэлектрика в электрическом поле, поскольку оно приводит к постепенному снижению электрической прочности, заканчивающемуся пробоем при напряженности поля, значительно меньшей пробивной напряженности, полученной при кратковременном испытании.

Ранее считалось, что старение свойственно лишь органическим диэлектрикам (пропитанная бумага, резина и т. д.), в которых оно обусловлено прежде всего развитием ионизационного процесса в воздушных включениях; ионизация связана с выделением озона и окислов азота, приводящих к постепенному химическому разрушению изоляции. Позднее было показано, что явление старения может иметь место и в некоторых неорганических диэлектриках, например в титановой керамике.

Электрохимический пробой требует для своего развития длительного времени, так как он связан с явлением электропроводности, приводящим к медленному выделению в материале малых количеств химически активных веществ, или с образованием полупроводящих соединений. В керамике, содержащей окислы металлов переменной валентности (например, ТiО₂), электрохимический пробой встречается значительно чаще, чем в керамике, состоящей из окислов алюминия, кремния, магния, бария.

Наличие щелочных окислов в алюмосиликатной керамике способствует возникновению электрохимического пробоя и ограничивает допустимую рабочую температуру. При электрохимическом пробое, наблюдаемом при постоянном напряжении и низких частотах в условиях повышенных температур или высокой влажности воздуха, большое значение имеет материал электрода. Серебро, способное диффундировать в керамику, облегчает электрохимический пробой в противоположность, например, золоту.

Тема 3.2 Механические, тепловые и физико – химические характеристики диэлектриков

Поскольку детали из электроизоляционных материалов подвергаются воздействию механических нагрузок, большое практическое значение имеют механическая прочность этих материалов и способность их не деформироваться от механических напряжений.

Прочность на разрыв, сжатие и изгиб.Значения пределов прочности при растяжении (σ_р), сжатии (σ_с) и изгибе (σ_и) в системе единиц СИ выражаются в Паскалях (Н/м²). Так как в практике еще очень распространено выражение пределов прочности в кгс/см², а 1 Па ≈ 10 ^-5 кгс/см², то для перевода в паскали численных значений механических прочностей, выраженных в кгс/см², их надо умножить примерно на 10⁵.

Для электроизоляционных материалов анизотропного строения (слоистых, волокнистых и т. п.) значения механической прочности сильно зависят от на- правления приложения нагрузки. Важно отметить, что для ряда диэлектриков (стекол, керамических материалов, многих пластмасс и др.) предел прочности при сжатии значительно больше, чем при разрыве и изгибе. Так, например, у кварцевого стекла при сжимающих напряжениях можно получить σ_с ≈200 МПа, а при растяжении σ_р - всего около 50 МПа.

Механическая прочность ряда диэлектриков сильно зависит от площади поперечного сечения образцов.

Механическая прочность электроизоляционных материалов сильно зависит от температуры, как правило, уменьшаясь с ее ростом.

Определение предела прочности и относительной деформаций при разрушении дает некоторое представление о механической прочности материала и его способности деформироваться под нагрузкой (о пластических свойствах матери- ала). Однако эти испытания еще не дают исчерпывающих сведений о поведении материала во многих практически важных случаях механической нагрузки. Так, для некоторых материалов (в особенности термопластичных) характерна способность при длительном воздействии сравнительно малых нагрузок давать заметные деформации. Это так называемое пластическое, или холодное, течение материала. Пластическое течение весьма нежелательно, если изделие в эксплуатации должно длительно сохранять неизменными форму и размеры. При повышении температуры и приближении ее к температуре размягчения данного материала пластическое течение материала сильно увеличивается.

Многие материалы хрупки, т. е., обладая сравнительно высокой прочностью по отношению к статическим нагрузкам, в то же время легко разрушаются динамическими (внезапно прилагаемыми) усилиями.

Распостраненый прием для оценки способности материала сопротивляться действию динамических нагрузок — испытание на ударный изгиб (определение ударной вязкости). Ударную вязкость σ_уд материала находят делением затраченной на излом образца энергии А на площадь поперечного сечения образца S. Ударная вязкость в системе СИ измеряется в Дж/м². 1 Дж/м² ≈ 10 ^-3 кгс·см/см². Поэтому для сохранения неизменными численных значений ударной вязкости, часто выражаемых на практике в кгс-см/см², их удобно приводить в кДж/м².

Очень высокой ударной вязкостью обладает полиэтилен, у которого σ_уд превышает 100 кДж/м²; для керамических материалов и микалекса σ_уд составляет всего 2—5 кДж/м².

В ряде случаев проверяют способность электроизоляционных материалов выдерживать без разрушения длительное воздействие вибраций, т. е. повторяющихся колебаний определенной частоты и амплитуды. Такая проверка чаще всего производится на готовых изделиях, которые для этой цели крепятся на платформах (вибростендах), подвергающихся вибрациям по заданному режиму от соответствующего приводного механизма. Определение вибропрочности важно, например, для изоляции ракетного и самолетного электрооборудования.

Твердость, т. е. способность поверхностного слоя материала противостоять деформации от сжимающего усилия, передаваемого посредством предмета малых размеров, имеет для диэлектриков менее существенное значение и определяется различными методами: для неорганических материалов — по минералогической шкале Мооса, для органических диэлектриков — по способу Бринелля или с помощью маятника Кузнецова.

Для жидких и полужидких электроизоляционных материалов, масел, лаков, заливочных и пропиточных компаундов и т. п. важной механической характеристикой является вязкость.

Динамическая вязкость, или коэффициент внутреннего трения, жидкости представляет собой величину, входящую в целый ряд законов гидродинамики вязких сред, а именно в закон Пуазейля — истечения вязких жидкостей через капиллярные трубки, в закон Стокса — движения шарика в вязкой среде под действием небольшой постоянной силы. Динамическая вязкость η в системе СИ измеряется в Паскалях, умноженных на секунды. В системе единиц СГС динамическая вязкость выражается чаще всего в сантипуазах (сП):

1Па.с=10 П =1000 сП.

Кинематическая вязкость ν равна отношению динамической вязкости жидкости к ее плотности:

В системе СИ кинематическая вязкость измеряется в м²/с,. 1 м²/с = 10⁴ Ст (стокс—единица кинематической вязкости в системе СГС).

Вязкость всех веществ, не претерпевающих при нагреве химических изменений, сильно уменьшается с повышением температуры.