Проводимость диэлектриков

в диэлектриках. Токи смещения упруго связанных зарядов при электронной и ионной поляризациях столь кратковременны, что их обычно не удается зафиксировать прибором. Токи смещения различных видов замедленной поляризации, наблюдаемые у большого числа технических диэлектриков, называют абсорбционными токами. При постоянном напряжении абсорбционные токи, меняя свое направление, протекают только в моменты включения и выключения напряжения; при переменном напряжении они имеют место в течение всего времени нахождения материала в электрическом поле. Наличие в технических диэлектриках небольшого числа свободных зарядов приводит к возникновению слабых по величине сквозных токов, или токов утечки. Таким образом, полная плотность тока в диэлектрике представляет собой сумму плотностей токов утечки и смещения:

Плотность тока смещения определяется скоростью изменения вектора индукции D:

обусловленного мгновенными (электронное, ионное) и замедленными смещениями зарядов.

На рис. 2-1 показан характер зависимости тока через диэлектрик от времени. Как видно из рисунка, после завершения процессов поляризации через диэлектрик протекает только сквозной ток.

Поляризационные токи необходимо принимать во внимание при измерениях проводимости диэлектриков ввиду того, что при небольшой выдержке образца диэлектрика под напряжением обычно регистрируется не только сквозной ток, но и сопровождающий его ток абсорбции, вследствие чего может создаться неправильное представление о большой проводимости. Проводимость диэлектрика при постоянном напряжении определяется по сквозному току, сопровождающемуся выделением и нейтрализацией зарядов на электродах. При переменном напряжении активная проводимость определяется не только сквозным током, но и активными составляющими поляризационных токов.

Особенностью электропроводности диэлектриков в большинстве случаев является ее неэлектронный (ионный) характер. Истинное сопротивление диэлектрика Rиз определяющее величину сквозного тока, может быть вычислено по следующей формуле:

где i — наблюдаемый ток, U- приложенное напряжение, Σiп = i аб — сумма токов, вызванных замедленными видами поляризации, iск — сквозной ток.

Поскольку определение поляризационных токов даже замедленных видов поляризации представляет некоторые трудности, сопротивление диэлектрика рассчитывают обычно как частное от деления напряжения на ток, измеренный через одну минуту после включения напряжения и принимаемый за сквозной ток.

Для твердых электроизоляционных материалов необходимо различать объемную и поверхностную электропроводность.

для сравнительной оценки различных материалов в отношении их объемной и поверхностной электропроводности пользуются значениями удельного объемного сопротивления р и удельного поверхностного сопротивления рs.По удельному объемному сопротивлению может быть определена удельная объемная проводимость, по удельному поверхностному сопротивлёнию — удельная поверхностная проводимость.

В системе СИ удельное объемное сопротивление р равно сопротивлению куба с ребром в 1 м, мысленно вырезанного из исследуемого материала, если ток проходит сквозь куб, от одной его грани к противоположной.

В случае плоского образца материала при однородном поле удельное объемное сопротивление (Ом.м) рассчитывается по формуле:

где R — объемное сопротивление образца, Ом; S — площадь электрода, м²; h —толщина образца,м.

Удельная объемная проводимость γ измеряется в См·мˉ¹

Удельное поверхностное сопротивление равно сопротивлению квадрата (любых размеров), мысленно выделенного на поверхности материала, если ток проходит через квадрат, от одной его стороны к противоположной.

Удельное поверхностное сопротивление (в омах) рассчитывается по формуле:

где Rs — поверхностное сопротивление образца материала, Ом, между параллельно поставленными электродами шириной d, стоящими друг от друга на расстоянии l.

Удельная поверхностная проводимость γs измеряется в сименсах. Полная проводимость твердого диэлектрика, соответствующая его сопротивлению Rиз складывается из объемной и поверхностной проводимостей.

Электропроводность изоляционных материалов обусловливается состоянием вещества: газообразным, жидким или твердым зависит от влажности и температуры окружающей среды. Некоторое влияние на проводимость диэлектриков оказывает также напряженность поля в образце, при которой проводится измерение.

При длительной работе под напряжением ток через твердые и жидкие диэлектрики с течением времени может уменьшаться или увеличиваться. Уменьшение тока со временем говорит о том что электропроводность материала была обусловлена ионами посторонних примесей и уменьшалась за счет электрической очистки образца. Увеличение тока со временем говорит об участии в нем зарядов, являющихся структурными, элементами самого материала, и о протекающем в нем необратимом процессе старения под напряжением, способном постепенно привести к разрушению — пробою диэлектрика.

Произведение сопротивления изоляции диэлектрика конденсатора и его емкости принято называть постоянной времени саморазряда конденсатора.

Значение τ0 определяется из выражения:

здесь U— напряжение на электродах конденсатора спустя время τ после отключения его от источника напряжения, U0 напряжение, до которого был заряжен конденсатор (τ =0), Rиз,, — сопротивление изоляции (сопротивление сквозному току), С - емкость конденсатора.

Легко показать, что:

Величину τ0 выражают в Ом · Ф, Мом · мкФ или в секундах:

Таким образом, определив постоянную времени как время, по истечении которого напряжение на клеммах конденсатора уменьшится вследствие саморазряда в е = 2,7... раза, зная вид материала (а следовательно, и его диэлектрическую проницаемость и предполагая наличие только объемной утечки, можно оценить удельное объемное сопротивление использованного диэлектрика.

Дата добавления: 2015-07-19