Электрическая прочность слюд на технической частоте

(по данным лаборатории ИГУ)

Вид слюды	Толщина, мм	Поле перпендикулярно спайности	Поле параллельно спайности
пробивная напряженность, кв эф/мм	толщина, мм	пробивное напряжение, кв эф/мм
в неоднородном поле	в однородном поле
Мусковит	0,025	110-130	900-1000	10,0	1-2
Флогопит твердый	0,025	115-140	300-500	10,0	1,0-1,5

Как видно из таблицы, электрическая прочность слюд в однородном поле, нормальном к спайности, очень высокая, достигает 1000 кв эф/мм и более. Она несколько меньше для кристаллов флогопита, чем мусковита.

Такая колоссальная электрическая прочность в слюдах связана с особенностями их строения. В кристалле чередуются слои с высокой (пакеты) и низкой (межпакетные зоны) электрической прочностью и повышенной электропроводностью.

Подобное сочетание слоев сглаживает неоднородности поля и приводит к появлению в пакетах более равномерного внутреннего поля, затрудняющего появление электронной лавины.

С ростом толщины кристалла его электрическая прочность существенно снижается. Это уменьшение объясняется тем, что поле в диэлектрике становится все более неоднородным по мере разведения электродов. Кроме того, с ростом толщины повышается количество дефектов в зоне поля.

Повышение температуры практически не сказывается на электрической прочности до 350⁰С. Дальнейший рост температуры уменьшает электрическую прочность для кристаллов флогопита сильнее, чем для мусковита.

Понижение электрической прочности с температурой может быть объяснено ростом электропроводности, приводящей к локальному разогреву отдельных областей кристалла и их тепловому пробою.

Электрическая прочность на переменном напряжении значительно меньше, чем в постоянном поле. Это может быть объяснено наличием в кристаллах местных проводящих неоднородностей, разогревающихся в переменном поле (расслоения, включения минералов и т.п.).

По этой же причине электрическая прочность понижается приблизительно на 30% при длительном действии поля и зависит от толщины образца.

С повышением температуры электрическая прочность в перпендикулярном направлении понижается у мусковитов выше 300-500⁰С, у флогопитов с 250-300⁰С; у негидратированных флогопитов она выше, чем у мусковитов.

Вдоль плоскости спайности электрическая прочность примерно в 100 раз ниже, чем в перпендикулярном к спайности направлении. Это объясняется более рыхлой структурой межпакетных зон, чем самих пакетов, а также наличием в кристаллах продольных расслоений и включений, содержащих пленочную воду. Вследствие высокой электропроводности этих расслоений они быстро разогреваются в электрическом поле, и кристалл теряет электрическую прочность.

ДИЭЛЕКТРИ́ЧЕСКИЕ ПОТЕ́РИ, часть энергии электрического поля, необратимо преобразующаяся в теплоту в диэлектрике, т. е. диэлектрические потери — это электрическая мощность, затрачиваемая на нагрев диэлектрика, находящегося в электрическом поле.

Потери в диэлектриках наблюдаются как при переменном, так и при постоянном напряжении. При постоянном напряжении, когда нет периодической поляризации, качество материала характеризуется значениями удельных объемного и поверхностного сопротивлений. При воздействии переменного напряжения на диэлектрик в нем, кроме сквозной электропроводности, могут проявляться другие механизмы превращения электрической энергии в тепловую. Поэтому качество материала недостаточно характеризовать только сопротивлением изоляции. Чаще всего для характеристики способности диэлектрика рассеивать энергию в электрическом поле используют угол диэлектрических потерь, а также тангенс этого угла.

Углом диэлектрических потерь d называют угол, равный разности фаз между векторами поляризации Р и напряженности Е электрического поля, т. е. это угол, дополняющий до 90^о угол сдвига фаз j между током и напряжением в емкостной цепи. В случае идеального диэлектрика вектор тока в такой цепи опережает вектор напряжения на угол 90^о; при этом угол d равен нулю. Чем больше рассеивается в диэлектрике мощность, тем меньше угол сдвига фаз j и тем больше угол диэлектрических потерь и его функция tgd. Тангенс угла диэлектрических потерь непосредственно входит в формулу для рассеиваемой в диэлектрике мощности, поэтому практически наиболее часто пользуются этой характеристикой.

Диэлектрические потери имеют важное значение для материалов, используемых в установках высокого напряжения, в высокочастотной аппаратуре и особенно в высоковольтных, высокочастотных устройствах, поскольку значение диэлектрических потерь пропорционально квадрату приложенного к диэлектрику напряжения и частоте. Материалы, предназначенные для применения в этих условиях, должны отличаться малыми значениями угла потерь и диэлектрической проницаемости. Большие диэлектрические потери в электроизоляционных материалах вызывают сильный нагрев изготовленного из него изделия и могут привести к его тепловому разрушению.

Виды диэлектрических потерь

1) Потери на электропроводность. Обнаруживаются в диэлектриках, имеющих заметную электропроводность, объемную или поверхностную.

2) Релаксационные потери. Обусловлены активными составляющими поляризационных токов. Характерны для диэлектриков, обладающих замедленными видами поляризации, и проявляются в области достаточно больших частот, когда сказывается отставание поляризации от изменения поля. Релаксационные потери наблюдаются и у линейных диэлектриков с ионно-релаксационным и электронно-релаксационным механизмами поляризации. Потери, обусловленные миграционной поляризацией, имеются в материалах со случайными примесями или отдельными компонентами, намеренно введенными в диэлектрик для требуемого изменения его свойств. Случайными примесями в диэлектрике могут быть, в частности, полупроводящие вещества, например, восстановленные оксиды, образовавшиеся в диэлектрике или попавшие в него в процессе изготовления.

3) Ионизационные потери. Свойственны диэлектрикам в газообразном состоянии.

4) Резонансные потери. Наблюдаются в некоторых газах при строго определенной частоте и выражаются в интенсивном поглощении энергии электромагнитного поля. Резонансные потери возможны и в твердых телах, если частота вынужденных колебаний, вызываемая электрическим полем, совпадает с частотой собственных колебаний частиц твердого вещества.

ЖИ́ДКИЕ ДИЭЛЕ́КТРИКИ, молекулярные жидкости, удельное электрическое сопротивление которых превышает 10¹⁰ Ом см. Как и твердые диэлектрики, жидкие диэлектрики поляризуются в электрических полях: для них характерна электронная и ориентационная поляризация. Диэлектрическая проницаемость (статическая) жидких диэлектриков может достигать значений 10² (для частоты 10⁴Гц). В сильных электрических полях происходит электрический пробой жидких диэлектриков, механизм которого (тепловой или электронный) зависит от природы жидкости, ее чистоты, температуры, и др.

Жидкими диэлектриками являются насыщенные ароматические, хлорированные и фторированные углеводороды, ненасыщенные парафиновые и вазелиновые масла, кремнийорганические соединения (полиорганосилоксаны), сжиженные газы, дистиллированная вода, расплавы некоторых халькогенидов и др. Для жидких диэлектриков характерна ковалентная связь электронов в молекулах, а между молекулами действуют ван-дер-ваальсовые силы.

Жидкие диэлектрики применяются в электроизоляционной технике в качестве пропитывающих и заливочных составов при производстве электро- и радиотехнической аппаратуры: в электрических аппаратах высокого напряжения, а также в блоках электронной аппаратуры. По применению они делятся на жидкости для конденсаторов, кабелей, циркулярных систем охлаждения выпрямительных установок и турбогенераторов, масляных выключателей. Электрическая прочность, диэлектрическая проницаемость и теплопроводность жидких диэлектриков имеет более высокие значения по сравнению с воздухом и другими газами при атмосферном давлении. Поэтому электроизоляционные жидкие диэлектрики должны обеспечивать повышение электрической прочности твердой пористой изоляции, отвод тепла от обмоток трансформатора, гашение электрической дуги в масляных выключателях. В импульсном электрическом поле их электрическая прочность возрастает.

Основными характеристиками диэлектрических жидкостей являются диэлектрическая проницаемость, электропроводность и электрическая прочность.

Диэлектрическая проницаемость является истинной характеристикой жидкостей и характеризуется дипольным моментом и поляризуемостью молекул. Собственная проводимость жидких диэлектриков имеет электронную и ионную составляющие. Она обусловлена автоэлектронной эмиссией с катода, электролитической диссоциацией молекул, ионизацией молекул. Электрические свойства жидких диэлектриков в значительной мере зависят от степени их очистки. Загрязнения, как правило, снижают электрическую прочность жидких диэлектриков и увеличивают проводимость за счет возрастания количества ионов и заряженных коллоидных частиц.

Проводимость жидкостей определяется ионизацией молекул и наличием в жидкости примесей. Основными примесями, уменьшающими электрическую прочность, являются микрочастицы, микропузырьки и вода. Очистка диэлектрических жидкостей (дистилляцией, частичной кристаллизацией, адсорбцией, ионным обменом) приводит к уменьшению электропроводности и диэлектрических потерь и возрастанию электрической прочности. Электрическая прочность в значительной степени является технологической характеристикой жидкого диэлектрика и электродов, способов приготовления и эксплуатации изоляционного промежутка. На нее влияют не только те примеси, которые определяют электропроводность, но и форма и материал электродов, длительность импульса, наличие пузырьков.

Наиболее распространенными жидкими диэлектриками, применяемыми в качестве электроизоляционных материалов, являются:

нефтяные масла — трансформаторное, конденсаторное и кабельное;

синтетические жидкие диэлектрики — полихлордифенил (совол, совтол), кремнийорганические и фторорганические;

растительные технические масла (касторовое, льняное, конопляное и тунговое) в электроизоляционной технике применяются ограниченно.

Зависимость заряда от напряжения для ли' нейного диэлектрика без потерь (а), о потерями (б)сквозной ток, обусловленный проводимостью.

Природа диэлектрических потерь в электроизоляционных материалах различна в зависимости от агрегатного состояния вещества.

При изучении диэлектрических потерь, непосредственно связанных с поляризацией диэлектрика, можно характеризовать это явление поляризации кривыми, представляющими зависимость электрического заряда на электродах конденсатора с данным диэлектриком от приложенного к конденсатору напряжения (рис.

Если в линейном диэлектрике наблюдается замедленная поляризация, связанная с потерями энергии, то кривая зависимости заряда от напряжения приобретает вид эллипса (рис.

Для нелинейного диэлектрика—сегнетоэлектрика—кривая зависимости заряда от напряжения приобретает вид петли гистерезиса, характерной для магнитных материалов (см.

В температурной зависимости тангенса угла релаксационных диэлектрических потерь наблюдается максимум при некоторой температуре, характерной для данного вещества.

Наличие максимума в частотной зависимости tg 8 характерно также и для резонансного механизма потерь, однако в данном случае температура не влияет на положение максимума.

Тангенс диэлектрических потерь в зависимости от температуры изменяется по тому же закону, который использован для аппроксимации температурной зависимости Ра, так как температурным изменением емкости можно пренебречь.

Формула (3-18) справедлива при [/> Uw и линейной зависимости tg б от Е.

Зависимость tg б = / (U) часто называют кривой ионизации.

Зависимость tg б от напряжения для изоляции с воздушными включениями включениями.

Полярные жидкости в зависимости от условий (температура, частота) могут обладать заметными потерями, связанными с дипольно-релаксационной поляризацией, помимо потерь, обусловленных электропроводностью.

У жидких диэлектриков с полярными молекулами заметно проявляется зависимость диэлектрических потерь от вязкости.

Температурная зависимость tg б (рис.

Зависимость tg б от температуры при разных частотах для масляно-канифольного компаунда

Зависимость рассеиваемой мощности и tg б от частоты для дипольной жидкости ляно-канифольного компаунда при двух значениях частоты представляет собой в измененном масштабе температурную зависимость диэлектрических потерь Ра.

Таким образом, зависимость диэлектрических потерь Яа от частоты не соответствует частотной зависимости tg б.

Зависимость tg б от температуры для высушенной бумаги при различных частотах

Температурная зависимость tg б титаносодержащей керамики при частоте 50 Гц емые релаксационной поляризацией, вызывающей повышенные ди электрические потери.

Так как для большинства видов электрокерамики число ионов, участвующих в релаксационной поляризации, непрерывно возрастает с температурой, то максимум tg б отсутствует и температурная зависимость tg б подобно температурной зависимости удельной проводимости в первом приближении имеет экспоненциальный характер (рис.

Зависимость tg 6 от температуры при частоте 1 МГц для щелочных стекол, имеющих различное удельное объемное сопротивление (значения р измерялись при температуре 50 °С)

Зависимость tg6 установочной керамики от температуры при частоте

Зависимость tg б и диэлектрической проницаемости от температуры для образцов титаната бария с различными добавками (/ и 2 — номера образцов)

Зависимость удельного объемного сопротивления слюды мусковита от температуры / — Р, измеренное на постоянном токе; 2 — р, вычисленное по tg ft при I = 50 Гц лось ранее, является наличие в них самопроизвольной поляризации, проявляющейся в определенном температурном интервале, вплоть до точки Кюри.

На рис, 3-10 представлены температурные зависимости тангенса угла диэлектрических потерь и диэлектрической проницаемости двух керамических сегнетоэлектриков, имеющих разный состав и соответственно этому разные точки Кюри.

Зависимость tg б от температуры для конден-слторнои бумаги, пропитанной компаундом (80 % канифоли и 20 % трансформаторного.

Зависимость tg б от температуры для бумаги, пропитанной мае-ляно-канифольным компаундом (рис.

Каковы основные виды диэлектрических потерь и зависимости их от внешних факторов?

Небольшое число содержащихся в газе положительных и отрицательных ионов и электронов, находящихся, как и нейтральные молекулы газа, в беспорядочном тепловом движении, при наложении поля получает некоторую добавочную скорость и начинает перемещаться в направлении поля или в противоположном в зависимости от знака заряда.

Зависимость электрической прочности воздуха от расстояния между электродами в однородном поле при /=50 гЦ, t= 20 °С, р «0,1 МПа

Зависимость электрической прочности газа от давления электродами.

Зависимость пробивного напряжения воздуха от расстояния между электродами в неоднородном поле при р — О,1 МПа

Зависимость пробивного напряжения воздуха от расстояния между электродами при различных частотах / _ / = 50 Гц; г - 3,85- 10» Гц личением расстояния между электродамп (рис.

4-5), этого не наблюдается при промышленной частоте, где зависимость практическилиней-пая.

Зависимость электрической прочности от содержания воды в масле Испытание произведено в стандартно» разряднике (Л = 2,5 мы)

Зависимость электрической прочности трансформаторного масла от температуры/ — подсушенное масло: 2 — масло, содержащее следы водыповышении температуры обусловлен переходом воды из состояния эмульсии в состояние молекулярного раствора.

Каждый из указанных видов пробоя может иметь место для одного и того же материала в зависимости от характера электрического поля (постоянного или переменного, импульсного, низкой или высокой частоты), наличия в диэлектрике дефектов, в частности закрытых пор, от условий охлаждения, времени воздействия напряжения.

Зависимость пробивного напряжения от толщины при 50 Гц для одного из сортов технического стекла 1 — однородное поле; 2 — резко неоднородное поле

Зависимость пробивного напряжения от толщины при 50 Гц для электротехнического фарфора энергией, хотя электрическая прочность при электрическом пробое в некоторой степени зависит от температуры.

Зависимость электрической прочности электротехнического фарфора от температуры при /= 50 Гц

Поэтому, используя экспоненциальную зависимость tg б от температуры и преобразуя выражение (3-8), получим

Зависимость ф (с), используемая при расчете напряжения теплового пробоя по В.

Зависимость от температуры удельного объемного сопротивления влажного образца материала, содержа-щего электролитические примеси держащих растворимые в воде примеси, создающие электролиты с высокой удельной проводимостью.

Для подобных материалов получается интересная зависимость р влажного образца от температуры, показанная на рис.

Зависимость от температуры предела прочности при растяжении полиэтилена низкой плотности / — необлученный материал;?

В зависимости от строения внешних электронных оболочек атомов могут образовываться различные виды связи.

Зависимость относительного удлинения при растяжении от удельной нагрузки для керамики (кривая /) и металла (кривая 2)

Зависимость вязкости жидкости от температуры

В зависимости от значений допустимых в эксплуатации температур диэлектрики различают по классам нагревостойкостн.

Зависимость продолжительности старения т пленок до появления трещин при изгибе от температуры масляно-битумного лака (кривая 3), кремнийорганического лака (кривая 2) и полиимид-ного лака (кривая /)

Продолжительность старения т (считая, например, от момента начала снижения механической прочности до момента получения заданной доли ее начального значения) связана с температурой старения Т следующей зависимостью:

Таким образом, зависимость т (в логарифмическом масштабе) от величины, обратной температуре старения, должна выражаться прямой линией (рис.

Аналогичные зависимости наблюдаются для срока жизни (т.

^В качестве примера определения нагревостойкости материала по электрическим свойствам могут быть использованы зависимости tg 6 от температуры, приведенные на рис.

) и 20 °С в зависимости от энергии излучения кую жидкость, и молекулярная масса его снижается более чем в 15 раз, предел прочности при растяжении облученного полиэтилена, наоборот, повышается по сравнению с ар необлученного материала (см.

5-10 приведены кривые зависимости толщины слоя десятикратного ослабления для воды, баритового бетона (состав: 80 % по массе BaSO4 и 20 % цемента), некоторых металлов от энергии квантов излучения.

5-11 приведена зависимость толщины слоя половинного ослабления для воздуха от энергии излучения.

Кроме того, электроизоляционные материалы используются в качестве диэлектриков в электрических конденсаторах для создания определенного значения электрической емкости конденсатора, а в некоторых случаях для обеспечения определенного вида зависимости этой емкости от температуры или иных факторов.

Будут описаны также некоторые наиболее типичные и широко распространенные виды современных электроизоляционных материалов, причем их параметры и зависимости последних от различных факторов будут использоваться для иллюстрации общих положений учения о диэлектриках.

Необходимо иметь в виду, что электроизоляционные, механические, тепловые, влажностные и другие свойства диэлектриков заметно изменяются в зависимости от технологии получения и обработки материалов, наличия примесей, условий испытания и г.

Пробивное напряжение (постоянное напряжение или амплитудные значения переменного напряжения) в элегазе (кривая Л и в воздухе (кривая 2) в зависимости от абсолютного давления газа

Пробивное напряжение (при частоте 50 Гц, действующее значение) в парах C7F14 (кривая /), в SFe (кривая 2) и в воздухе (кривая 3), в зависимости от абсолютного давления

6-1 приведены значения пробивного напряжения между двумя металлическими дисковыми электродами с закругленными краями в воздухе и в элегазе в зависимости от абсолютного давления газа.

Типичная температурная зависимость кинематической вязкости трансформаторного масла показана на рис.

Зависимости кинематической вязкости от температуры для трансформаторного масла (кривая 1) и кремнийорганической жидкости (кривая 2)

Зависимости плотности воды, льда, трансформаторных масел (кривые 3, 4, 5) и кремнийорганических жидкостей (кривые /, 2, 6) от температуры / •— ПЭС № 3; 2 — ПМС № 10; 3 — масло Т-750; 4 — по ГОСТ 982—68; 5 — арктическое масл-> АТМ-65; в — ПЭС № I электроизоляционной жидкости больше плотности льда).

Зависимости tg б трансформаторных масел оттемпературы имеют!

Зависимость tg б трансформаторного масла от температуры при частоте

Зависимости tg S совола разной степени очистки от температуры при частоте 50 Гц / •— совол после первой перегонки; 2 — после второй перегонки; 3 — после обработки адсор

Кремнийорганические жидкости обладают малым tg б, низкой гигроскопичностью и повышенной нагревостойкостыо Для них характерна слабо выраженная зависимость вязкости от температуры (см.

В зависимости от характера радикалов, присоединенных к атомам Si (стр.

Нагревостойкость полиэтилена при кратковременном нагреве ограничивается быстрым снижением механической прочности (характер этой зависимости показан на рис.

Зависимости tg6 фторлона-3 от температуры при двух значениях частоты

Зависимости er и tg 6 полисульфона от частоты

Зависимости времени жизни эмалированных проводов с изоляцией на основе различных лаков от температуры / — пол ипинилгщета.

В зависимости от химического состава соединений, из которых осуществляется синтез эпоксидных смол, последние подразделяются на диановые (или бисфенольные) и циклоалифатические.

В зависимости от типа отвердителя отверждение эпоксидных смол может производиться либо при нагреве (обычно до 80 — 150 °С), либо при комнатной температуре (холодное отверждение); отверждение может производиться без внешнего давления, что технологически проще, либо при повышенном давлении.

Электроизоляционные свойства канифоли: р= Ю12—Ю13 Ом-м; Ещ— 10— 15 МВ/м; зависимость ег и tg 6 от температуры (рис.

Зависимости ег и tg б канифоли от температуры при частоте 50 Гц диэлектриков.

Зависимости ig б от температуры для битумов марок БН-V (кривая 1} и Г (кривая 2) при частоте 50 Га ной полимеризации битума.

Зависимость кг от температуры для парафина была приведена на рис.

Большинство диэлектриков характеризуется линейной зависимостью электрического смещения от напряженности электрического поля, созданного в диэлектрике.

Их рабочая температура 200—240 °С; плотность 1,42 Мг/м3; температурные зависимости механических свойств представлены на рис.

6-19, а температурно-частотные зависимости к,, и tg б — на рис.

Зависимости предела прочности при растяжении (а) и относительного удлинения перед разрывом (б) полшшидной пленки от температуры

Зависимости ег (а) и tg б (б) полиимидной пленки от температуры при различных частотах

Вещества с подобным изменением состояний в зависимости от температуры получили название термотропных жидких кристаллов.

Недостатки дерева: 1) высокая гигроскопичность, обусловливающая резкое снижение электроизоляционных свойств дерева при его увлажнении, а также коробление и растрескивание деталей, изготовленных из влажного дерева, при его высушивании (вследствие того, что влажное дерево при сушке дает уменьшение размеров, неодинаковое в различных направлениях); 2) нестандартность свойств дерева даже одной и той же породы; неоднородность свойств образцов дерева в зависимости от направления их выпиливания, наличие сучков и других дефектов; 3) низкая нагрево-стойкость, а также горючесть.

-080 толщиной 80 мкм для полоски шириной 15 мм в направлении вдоль рулона (кривая /) и поперек рулона (кривая 2) в зависимости от относительной влажности воздуха ф имеют обогрев, получается бумага в виде рулона.

Зависимости диэлектрической проницаемости ег пропитанной конденсаторной бумаги от диэлектрической проницаемости in пропито<1нои маМы: а — влияние типа массы; б — влияние плотности бумаги при пропитке жидкой массой / '— жидкая масса; 2 — твердая масса с усадкой 10 %

Зависимости tg б обычной (кривая /) и ацетилированной (кривая 2) бумаги от относительной влажности воздуха ф при нормальной температуре бумаги, формула (6-1) упрощается, так как в ней можно принять у = 0.

Зависимости f.

С-25 представлены темпера-турно-частотные зависимости ъг и tg б бумаги номекс.

Зависимости равновесной влажности tjjp различных волокон от относительной влажности воздуха ф / — вискозный шелк; 2 — натуральный шелк) 3 — хлопчатобумажное волокно; 4 — ацетатный шелк; 5 — полиамидные волокна (капрон, нейлон); 6 — нитрон и хлорин; 7 — по-лиэтилентерефталатное и полистирольнсе волокно; 8 — полиэтиленовое волокно (рис.

В зависимости от вида связующего различают пластмассы горячей прессовки, требующие при прессовке нагрева, и пластмассы холодной прессовки, которые прессуются при нормальной температуре.

В зависимости от количества серы, добавляемой к каучуку, при вулканизации получают: при содержании 1—3 % серы —мягкую резину, обладающую весьма высокой растяжимостью и упругостью, а при 30—35 % серы —твердую резину (эбонит) —твердый материал, обладающий высокой стойкостью к ударным нагрузкам.

Зависимости е, и tg б вулка- 44 низнрованного каучука от содержания в -' нем серы ^д статкам резины как электроизоля- '3е ционного материала следует отне- '32 сти низкую нагревостойкость (при ' нагреве резина стареет, становится 2,8 хрупкой и трескается), малую стой- „ кость к действию неполярных жид- *> костей (бензол, бензин); малую 2,0 стойкость к действию света, особенно ультрафиолетового, под влиянием которого резина быстро стареет.

Свойства стекол меняются в широких пределах в зависимости от их состава и режима тепловой обработки.

Зависимости р стекол систем Si02—Na2O и SiO2—I^O от состава

Зависимость tg 6 стекол системы В303—Na20—К20 от состава

Зависимости ЕГ стекол системы SiO2—Na2O и SiO2—К2О от состава

Металлизация стекла осуществляется различными путями в зависимости от особенностей изделия: нанесением металла методом возгонки в вакууме, методом вжигания серебряной или платиновой пасты, шоопированием и химическим методом осаждения серебра.

В зависимости от назначения можно отметить следующие основные виды электротехнических стекол:

Следует отметить высокое значение диэлектрической проницаемости, которое может быть при электронно-релаксационной поляризации, а также наличие максимума в температурной зависимости е,.

6-36 дана зависимость прочности при растяжении такого волокна от его диаметра.

Зависимости предела прочности при растяжении от диаметра dэлементарного стеклянного волокна (крипая I) и нити, скрученной из 100 элементарных волокон (кривая 2)

Зависимости tg S ситаллов и исходных стекол от частоты при нормальной температуре

Как правило, электротехнические типы ситаллов обладают более высокими электроизоляционными параметрами, чем аморфные стекла того же состава; однако в некоторых случаях частотные и температурные зависимости ситаллов имеют сложный характер (рис.

В температурной зависимости ег наблюдается один или несколько максимумов.

Сегнетокерамика — это особая группа материалов, обладающих сегнетоэлектрическими свойствами: резкой зависимостью ег от температуры и напряженности электрического поля, наличием диэлектрического гистерезиса и пр.

1-9 была приведена примерная зависимость ег от температуры для керамики титаната бария.

6-42 даны зависимости ег от температуры для керамики, состоящей из титаната бария и титаната стронция SrO-TiO2 в разных соотношениях; хорошо видно перемещение точки Кюри в широком интервале о -200 -150 -100 -50 О

Температурные зависимости &г сегнетокерамики ВаТЮ3—SrTiOj (в слабом электрическом поле при частоте 1 кГц)

Зависимости коэффициента теплопроводности некоторых высокойагревостойких материалов от температуры/ — графит; 2 — ВеО; 3 — моиооксид кремния „.

6-44 и 6-45 представлены типичные зависимости tg б от температуры и Епр от толщины пластинки для мусковита среднего качества.

Зависимость tg б слюды мусковит от температуры при частоте, рапной 50 Гц (кримя /) и 2 МГц (кривая 2)

Зависимость электрической прочности слюды мусковит от толщины пластинки в неоднородном поле вается), механические и электрические свойства ее ухудшаются.

Зависимость пробивного напряжения оксидной изоляции алюминия (пленки второго класса) от ее толщины в свободном состоянии или пропитывающим твердый пористый материал (в оксидных электролитических конденсаторах), так и в контакте с твердым веществом (в оксидно-полупроводниковых конденсаторах или с металлическими слоями в металлооксидных конденсаторах).

Зависимость диэлектрической проницаемости некоторых газов от давления при / = 20 °С

Зависимость диэлектрической проницаемости воздуха от температуры при р== 0,1 МПа

Зависимость энергии электронного газа от термодинамической температуры поле, появляется поперечная ЭДС и изменяется электрическое сопротивление проводника.

Они состояли в расхождении температурной зависимости удельного сопротивления, наблюдаемой на опыте и вытекающей из положений теории; в несоответствии теоретически полученных значений теплоемкости металлов опытным данным.

Зависимость удельного сопротивления р меди от температуры

Температурная зависимость диэлектрической проницаемости обычно характеризуется выражением

Зависимость удельного сопротивления сплава двух металлов, образующих друг с другом твердый раствор, от изменения содержания каждого из них в пределах от 0 до 100 % представлена на рис.

Зависимости параметров сплавов медь— никель от состава (з процентах ю массе): а — удельное сопротивление р; о — температурный коэффициент уде;'ьчого сопротивления ар; в — термо-ЭДС по отношению к железу при разности температур спаев 815 °С; г — коэффициент теплопроводности YT

На кривых зависимости удельного сопротивления от состава для некоторых систем двух различных металлов можно наблюдать и весьма резкие отклонения от рассмотренной выше закономерности.

Курнаков установил, что в тех случаях, когда при определенном соотношении между компонентами они образуют друг с другом явно выраженные химические соединения (интерметаллиды), на кривых зависимости р (а также и сср) от состава наблюдаются изломы (рис.

Зависимость удельною сопротивления р сплавов цинк—магний от состава Точка / соответствует чистому Mg; 2 — соединению MgZn; 3 — Mg2Zn3; 4 — MgZn4; 5 —i

Зависимость удельной проводимости у сплавов медь—вольфрам от состава 1&4 твердого раствора и искажение кристаллической решетки каждого компонента не наблюдается), то удельная проводимость у сплава меняется с изменением состава приблизительно линейно, т.

Зависимость диэлектрической проницаемости неполярного газа от давления характеризуют выражением кг dp Для воздуха при р = 0,1 МПа

Зависимости коэффициентов теплопроводности YT металлов от термодинамической температуры

Зависимости коэффициентов теплопроводности ут сплавов от термодинамической температуры

мическом масштабе зависимости коэффициентов теплопроводности некоторых чистых металлов и сплавов от термодинамической температуры.

Зависимость температурного коэффициента линейного расширения а; алюминия от темпера- К ' ое.

Фактически соотношение (7-11) соблюдается не всегда и зависимость термо-ЭДС от разности температур спаев может быть не строго линейной (см.

Зависимости скорости окисления некоторых металлов от температуры окружающего воздуха

Зависимости удельного сопротивления р, предела прочности при растяжении ар и относительного удлинения перед разрывом Л/// меди от температуры отжига (продолжительность отжига 1 ч) растяжении и малое относительное удлинение перед разрывом, а также обладает твердостью и упругомкОм-м

Зависимости диэлектрической проницаемости не-пеяярной жидкости от температуры (а) и от частоты (б) 'кип "" температура кипения нию квадрата показателя преломления света е,» л2.

Зависимость диэлектрической проницаемости неполярной жидкости от температуры (рис.

Зависимости удельной проводимости у меди от содержания примесей (в % по массе) Удельная проводимость чистой меди принята за 100 %.

Зависимости удельной теплоемкости с и коэффициента теплопроводности YT меди от температуры

Температурная зависимость диэлектрической проницаемости полярных жидкостей (рис.

Зависимость полного сечения сталеалюминиевого провода марки АС (кривая /), сечения стального сердечника (кривая 2) и активного электрического сопротивления (при частоте 50 Гц) единицы длины провода (кривая 3) от внешнего диаметра провода D1

Зависимость удельного сопротивления р от температуры для чистого железа (кривая /), листовой электротехнической стали с содержанием 4 % кремния (кривая 2) и сплава Fe—Ni—Сг (кривая 3) провода по сравнению с медным на линиях передачи высокого напряжения является преимуществом, так как уменьшается опасность возникновения короны вследствие снижения напряженности электрического поля на поверхности провода.

в приборах, использующих зависимость сопротивления от силы тока, нагревающего помещенную в них проволочку, для поддержания постоянства силы тока при колебаниях напряжения.

Сопротивление 1 км биметаллической проволоки постоянному току (при 20 °С) в зависимости от диаметра от 60 (при 1 мм) до 4 Ом/км (при 4 мм).

Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры для полярной жидкости — совола (хлорированного дифенила) / — /, = 50 Гц; 2 —!

Температурные зависимости р криопроводников 1 к 1' — медь; 2 и 2' — алюминий; 3 — бериллий (сплошные кривые относятся к особо чистым металлам, а штриховые — к обычным проводникам — меди и алюминию).

Зависимость диэлектрической проницаемости от частоты для полярной жидкости — совола

Зависимость ег от частоты для полярной жидкости (рис.

Зависимости температурного коэффициента линейного расширения а/, удельной теплоемкости с и коэффициента теплопроводности YT вольфрама от температуры

Зависимости удельного сопротивления р вольфрама и молибдена от температуры удлинение перед разрывом таких нитей около 4 %).

Температурные зависимости некоторых параметров вольфрама приведены на рис.

Зависимости термоэлектродвижущей силы от разности температур Д/ горячего и холодного спаев для термопар / — хромель—копель; 2 — железо—копель; 3 — модь— копель; 4 —железо — константан; 5 — медь-коистаитан; 6 — хромель —алюмель; 7 — плзтинородий —платинавысокую твердость и допускают большую частоту включений, но дороги и применяются только в особых случаях.

Никель выпускается различных марок (в зависимости от чистоты) в виде полос, пластин, лент, трубок, стержней и проволоки.

Защитные свойства свинца в зависимости от энергии квантов падающего излучения приведены на рис.

Кадмий выпускается нескольких марок, в зависимости от чистоты (наиболее высокая степень чистоты 99.

1-5 и зависимостью е, (t) для парафина, показанной на рис.

Они должны иметь малую зависимость сопротивления от напряжения и отличаться высокой стабильностью при воздействии температуры и влажности.

Зависимость удельного сопротивления р угольного электрода от температуры

7-30 представлены температурные зависимости р таких материалов.

Температурные зависимости удельного сопротивления р керамики ZrO2—Y2O3 (кривая /), диоксид церия СеО2 (кривая 2) к хромита лантана LaCr03 (кривая 3)

Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры для неполярного диэлектрика — парафина

Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры для ионного кристалла КС1

Примесные атомы IV группы в полупроводниковых соединениях AI(IBV могут быть и донорами и акцепторами, в зависимости от того, какой атом соединения замещается примесным атомом.

Для полупроводников различных групп (с атомной, ионной решетками) численное значение А изменяется от единицы до двух в зависимости от механизма рассеяния носителей при различных температурах (например, для германия А «1,18).

Температурная зависимость концентрации носителей заряда.

Зависимость концентрации носителей заряда в полупроводнике от температуры при различной концентрации донорной примеси (Л/лэ > /Vn2 > > NRl; Wnl> W№) (участок в—и).

Температурная зависимость подвижности носителей.

Причинами рассеяния носителей заряда в полупроводниках, по-разному влияющими на температурную зависимость подвижности, являются; 1) тепловые колебания атомов или ионов кристаллической решетки; 2) примеси в ионизированном или в нейтральном состоянии; 3) всевозможные дефекты решетки (пустые узлы, искажения, вызванные атомами внедрения, дислокации, трещины, границы кристаллов и т.

Можно отметить, что диэлектрическая проницаемость льда резко меняется в зависимости от температуры и частоты (рис.

Эти два механизма рассеяния приводят к появлению двух участков в температурной зависимости подвижности.

На практике эта зависимость не всегда соблюдается.

Имеются случаи и более резкой зависимости подвижности от температуры, вплоть до и ~ 1/Т3.

Зависимость подвижности носителей заряда (а) и средней длины свободного пробега их (б) в полупроводнике от температуры при различных когщентрациях примесиющая температурная зависимость подвижности имеет максимум (рис.

Сплошными линиями показаны результирующие температурные зависимости длины свободного пробега, имеющие максимумы.

8-5, б показано смещение максимума в зависимости от концентрации примесей в полупроводнике.

Качественно характеристика температурной зависимости подвижности в ионных кристаллах такая же, как и в атомных кристаллах.

Температурная зависимость удельной проводимости полупроводников.

Поэтому температурная зависимость удельной проводимости подобна

Кривые зависимости удельной проводимости полупроводников от температуры при различных концентрациях примеси (NR1 < N№ < #дз).

д, температурной зависимости концентрации.

В области истощения (концентрация постоянна) изменение удельной проводимости обусловлено температурной зависимостью подвижности.

Температурная зависимость удельной проводимости полупроводника есть результат изменения концентрации и подвижности носителей заряда (рис.

В области примесной электропроводности приведены три кривые для различных значений концентрации примесей, вплоть до вырождения полупроводника, когда зависимость его удельной проводимости в некотором интервале температур становится подобной зависимости удельной проводимости металлов.

- (8-18) не постоянен, с повышением температуры уменьшается и находится В прямой зависимости от энергии активации электропроводности полупроводника (b ~ W).

22), диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектриков велика и имеет резко выраженную зависимость от напряженности поля и от температуры.

Зависимость фотопроводимости полупроводников от интенсивности облучения дырка.

Численные значения ширины запрещенной зоны, определенные для одного и того же полупроводника по температурной зависимости проводимости и по оптическому краю поглощения, в большинстве случаев близки друг к другу, но могут и отличаться, особенно у полупроводников с ионной кристаллической решеткой.

Частотная зависимость фотопроводимости.

Зависимость фотопроводимости от интенсивности облучения.

В результате получается зависимость, показанная на рис.

На практике в некоторых случаях пользуются зависимостью вида

Температурная зависимость диэлектрической проницаемости электротехнического фарфора

Зависимость диэлектрической проницаемости льда от температуры при различных частотах

Для некоторых полупроводников зависимость удельной проводимости от напряженности поля описывается выражением ув-техр(р/?

Зависимость удельной проводимости полупроводника от напряженности электрического поля при различной температуре окружающей среды (7"i < Г2) (п — /г+ или р — р+), а также контактов металл — полупроводник (МП), металл — диэлектрик — полупроводник (МДП) и т.

Зависимость удельного сопротивления германия р- и п-ти-пов от концентрации носителей заряда при 20°С стки используется не один виток, а несколько, что эквивалентно нескольким последовательным очисткам при одном нагревателе.

Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры имеет резко выраженный максимум при температуре 125 °С (рис.

Зависимость коэффициента диффузии различных примесей в германии от температуры

В области температур выше точки Кюри теряются сегнетоэлектрические свойства материала, в частности исчезает зависимость ег от напряженности электрического поля.

Нелинейная зависимость электрического смещения D от напряженности электрического поля и соответствующая ей сложная зависимость диэлектрической проницаемости приведены на рис.

Спектральная зависимость фотопроводимости германия была показана на рис.

Зависимость коэффициента диффузии различных примесей в кремнии от температуры четвертой группы таблицы Д.

Зависимость удельного сопротивления кремния с электронной и дырочной электропроводностью от концентрации примесей

Зависимость удельного сопротивления кремния n-типа от температуры при разной концентрации фосфора в образцах / - N = 4,7- 10s» м-а; 2 — 2,7.

Температурная зависимость удельного сопротивления для кремния п-типа аналогична и для кремния р-типа (рис.

При использовании кремния верхний предел рабочей температуры приборов может составлять в зависимости от степени очистки материала 120—200 °С, что значительно выше, чем для германия.

Зависимость плотности тока, протекающего через сжатый порошок карбида кремния, от средней напряженности электрического поля.

В зависимости от исходного сырья и особенностей технологического процесса получаются кристаллы различной окраски.

8-22, значения удельной проводимости отличаются большим разбросом, а вся зависимость плотности тока от напряженности электрического поля имеет нелинейный характер, т.

Зависимость диэлектрической проницаемости титаната бария от температурыв слабом электрическом поле-80 -40 28

Гистерезисная петля и основная кривая электрического смещения в зависимости от напряженности поля (о), зависимость диэлектрической проницаемости от напряженности поля (б), построенная исходя из основной кривой D= f(E) механическую смесь двух компонентов с разными диэлектрическими пропицаемостями, может быть в первом приближении (при не слишком большом различии диэлектрических прони-цаемостей — ег компонентов) определена на основании логарифмического закона смешения, который в общем случае применим для расчета самых различных свойств (например, коэффициента теплопроводности, показателя преломления и др.

Зависимости температуры плавления ширины запрещенной зоны и подвижности электронов соединений AlnBv от суммарного атомного номера

Прямые, характеризующие изменение ширины запрещенной зоны в зависимости от суммарного атомного номера соединения (рис.

Фосфид галлия — материал с широкой запрещенной зоной (2,3 эВ), используемый в практике для изготовления светс-диодов с красным или зеленым свечением в зависимости от вводимых в него примесей.

Кривые зависимости магнитной индукции (кривые намагничивания) и относительной магнитной проницаемости |i,- от напряженности внешнего магнитного поля

Зависимость динамической магнитной проницаемости пермаллоя от частоты в слабом поле (Н = 0,8 А/м)

Типичная зависимость магнитной проницаемости ферромагнитных материалов от температуры кривой, а с отставанием, вследствие явления гистерезиса.

В зависимости от различных значений напряженности внешнего магнитного поля можно построить семейство петельгистерезиса, как это показано на рис.

Зависимость коэрцитивной силы трансформаторной стали от толщины листа напряжения магнитную проницаемость можно довести до очень низкого значения.

9-9 приведена зависимость коэрцитивной силы трансформаторной стали от толщины листа при неизменном составе стали и температуре 20 °С.

Ферримагнетикн отличаются от ферромагнетиков меньшей индукцией насыщения, имеют более сложную температурную зависимость (рис.

Плотность и удельное сопротивление электротехнической стали в зависимости от содержания кремния 4,0 4 • о а - н ii о; с- -э сг с ^ §|?

Зависимости магнитной индукции от напряженности магнитного поля для сталей 1521 и 1572 приведены на рис.

Зависимости магнитной индукции от напряженности магнитного поля для элек- /др тротехнической стали

Зависимость тока утечки через диэлектрик от времени диэлектриков ввиду того, что при небольшой выдержке образца диэлектрика поднапряжением обычно регистрируется нетолько сквозной ток, но и сопровождающий его ток абсорбции, вследствие чегоможет создаться неправильное представление о большой проводимости.

Зависимости магнитных свойств и удельного сопротивления сплавов железо—• никель от содержания никеля ботке.

Температурная зависимость индукции термомагнитного сплава в магнитном поле напряженностью 8 кА/м

Зависимость магнитострикционной деформации от напряженности магнитного поля для некоторых материалов.

Содержание компонентов в сплавах указано на кривых в процентах по массе с сильной зависимостью магнитной проницаемости от температуры, 3) сплавы с высокой магннтострикцией, 4) сплавы с особо высокой индукцией насыщения,

Для получения ярко выраженной температурной зависимости магнитной проницаемости используется свойство ферромагнетиков снижать индукцию с ростом температуры вблизи точки Кюри.

Зависимость начальной магнитной проницаемости в системе NiO—ZriO—Fe2O8 от состава (темперааура обжига 1380 °С)

Зависимости начальной магнитной проницаемости от температуры для марганец-цинковых и никель-цинковых ферритов различных марок

Ориентировочный частотный диапазон применения ферритов различного состава в зависимости от их свойств (магнитной проницаемости и потерь) виден из рис.

К недостаткам бариевых магнитов следует отнести низкую механическую прочность, большую хрупкость, сильную зависимость магнитных свойств от температуры.

/„), характеризующей зависимость тока в газе от напряжения /рис.

Зависимость тока в газе от напряжения не успевая рекомбинировать, и при некотором напряжении все ионы, создаваемые в газовом U промежутке, будут разряжаться на электродах.

В большинстве случаев температурная зависимость удельной про-зодимости жидких диэлектриков от температуры может быть выражена следующей формулой:

Для того чтобы показать зависимость удельной проводимости жидкости от ее вязкости, воспользуемся законом Стокса для движения шара в вязкой среде под действием постоянной силы.

Зависимость удельной проводимости жидкого масляно-канифольного компаунда от величины, обратной абсолютной температуре

Зависимость тока от напряженности поля в жидких диэлектриках постоянным при разных температурах; электропроводность трансформаторного масла обусловлена движением ионов примесей, степень диссоциации которых с температурой растет, а потому произведение YTI увеличивается с ростом температуры.

Зависимость удельной проводимости жидкого масляно-кани-фольного компаунда от температуры (рис.

В отличие от газов в кривой зависимости тока от напряженности поля в жидких диэлектриках отсутствует горизонтальный участок (рис.

Зависимость удельной проводимости диэлектрика (в логарифмическом масштабе) от величины, обратной абсолютной температуре, в области собственной и примесной электропроводности при различном содержании примеси A^i > Л/2 > /Vs > MI /, 2, 3,4 — примесная электропроводность; 5 — собственная электропроводность энергия теплового движения при комнатной температуре составляет всего лишь 0,025 эВ.

Удельная проводимость при некоторой температуре Т выражается той же простой зависимостью, что и для жидкостей [см.

Полагая, что при ионной электропроводности число диссоциированных ионов и их подвижность находятся в экспоненциальной зависимости от температуры, имеем

Численное значение коэффициента b находится из экспериментально полученной зависимости удельной проводимости от величины, обратной температуре.

В связи с этим логарифмическая зависимость удельной проводимости от величины, обратной температуре, имеет изломы, что видно из рис.

Зависимость удельного объемного сопротивления кварца от величины, обратной абсолютной температуре

Зависимости удельного объемного сопротивления радиофарфора (кривая /) и фарфора (кривая 2) от температуры с химическим составом, что дает возможность в некоторых случаях получать заранее заданное значение удельной проводимости.

Температурная зависимость удельной проводимости этих стекол значительна: коэффициент b <=> 18 000 К, что указывает на большую энергию освобождения ионов.

Зависимость сквозного тока от времени при постоянном напряжении

При напряженности поля, превышающей 10—100 МБ/м, зависимость удельной проводимости от напряженности поля может быть выражена эмпирической формулой Пуля:

Адсорбция влаги на поверхности диэлектрика находится в тесной зависимости от относительной влажности окружающей среды.

Зависимость удельного поверхностного сопротивления от относительной влажности для 100 7„ различных диэлектриков / — церезин; 2 — щелочное стекло; 3 — фенопласт

Зависимость удельной поверхностной проводимости от влажности обусловливается наличием на поверхности диэлектрика диссоциирующих на ионы веществ, вода, адсорбируемая поверхностью, способствует их выявлению.

24 Диэлектрические потери в газах при напряженностях поля, лежащих ниже значения, необходимого для развития ударной ионизации молекул газов, очень малы. В этом случае газ можно рассматривать как идеальный диэлектрик.

Источником диэлектрических потерь газа может быть в основном только электропроводность, так как ориентация дипольных молекул газов при их поляризации не сопровождается диэлектрическими потерями. Как известно, все газы отличаются весьма малой проводимостью, и в связи с этим угол диэлектрических потерь у них ничтожно мал, особенно при высоких частотах. Значение может быть вычислено по формуле (2.13).

Удельное объемное сопротивление газов порядка , (при отсутствии ионизации) менее .

При высоких напряжениях и чаще всего в неоднородном поле, когда напряженность в отдельных местах превосходит некоторое критическое значение, молекулы газа ионизируются, вследствие чего в газе возникают потери на ионизацию.

Приближенно ионизационные потери могут быть вычислены по формуле:

,

Где – постоянный коэффициент; – частота; – приложенное напряжение; – напряжение, соответствующее началу ионизации.

Формула справедлива при и линейной зависимости . Значение ионизирующего напряжения зависит от давления газа, поскольку развитие ударной ионизации молекул связано с длиной свободного пробега электронов. С увеличением давления газа выше атмосферного значение напряжения начала ионизации возрастает.

Ионизационные потери являются дополнительным механизмом диэлектрических потерь для твердого диэлектрика, содержащего газовые включения. Ионизация газа в таких включениях особенно интенсивно происходит при радиочастотах. На рис. 2.5. показано влияние газовых включений на характер изменения с увеличением напряжения. При возрастании напряжения свыше , растет. При , когда газ во включениях уже ионизирован, требуется меньшая энергия на дальнейшее развитие процесса и уменьшается.

Рис. 2.5. Изменение в зависимости от напряжения для твердой изоляции с газовыми включениями

Кривую часто называют кривой ионизации. При высоких частотах ионизация и потери в газах возрастают настолько, что это явление может привести к разогреву и разрушению изделий с газовой изоляцией, если напряжение превышает ионизационное значение.

Возникновение ионизации газа, заполняющего поры в твердой изоляции, нередко также приводит к ее разрушению. Ионизация воздуха сопровождается образованием озона и окислов азота, что в одних случаях вызывает химическое разрушение органической изоляции, содержащей газовые включения, в других – цепную реакцию окисления, инициированную бомбардировкой материала заряженными частицами.

Диэлектрические потери в твердых диэлектриках зависят от структуры материалов. Различные твердые вещества имеют разный состав и строение; в них возможны все виды диэлектрических потерь.

Преимуществами газов перед остальными видами электроизоляционных материалов являются высокое удельное электрическое сопротивление, малый тангенс угла диэлектрических потерь, малая, близкая к единице диэлектрическая проницаемость. Наиболее же ценным свойством газов является их способность восстанавливать электрическую прочность после разряда. Кроме воздуха в качестве электрической изоляции широко используют двух- и трехатомные газы — азот, водород, углекислый газ. Значения электрической прочности этих газов при нормальных условиях мало отличаются друг от друга и могут с достаточной точностью приниматься равными прочности воздуха.

Дата добавления: 2015-07-11