ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ДИЭЛЕКТРИКОВ В момент включения и выключения постоянного

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ДИЭЛЕКТРИКОВ

В момент включения и выключения постоянного электрического поля через диэлектрик электрического конденсатора протекает обусловленный быстрыми видами поляризаций ток смещения Iсм за время около 10 - 15 с. В неполярных однородных диэлектриках затем устанавливается ток сквозной проводимости - Iскв. В начальный момент времени и при выключении постоянного поля через полярные и неоднородные диэлектрики протекает также ток абсорбции - Iабс, причиной которого являются замедленные (релаксационные) поляризации.

Во многих диэлектриках, используемых в качестве электрической изоляции, Iскв устанавливается за время меньшее 1 мин. В переменном электрическом поле через диэлектрик протекают все, характерные для него виды токов.

Сквозной ток - Iскв (ток утечки) обусловлен наличием в диэлектриках, указанных в табл. 1 свободных носителей заряда различной природы.

Таблица 1

В постоянном электрическом поле токи абсорбции могут устанавливаться в течение длительного времени в зависимости от типа диэлектрика и механизма поляризации. Уменьшение тока Iабс может наблюдаться в течение минут или даже часов. После исчезновения тока абсорбции через диэлектрик будет протекать только ток Iскв. При расчете сопротивления изоляции на постоянном напряжении необходимо расчет вести по току сквозной проводимости Iскв, исключая токи абсорбции. Механизмы возникновения и уменьшения тока абсорбции показаны в табл. 2.

Таблица 2

Общее выражение для удельной объемной электропроводности В общем случае без учета природы носителей заряда для однородного и изотропного вещества объемная плотность тока будет пропорциональна напряженности поля Е j = γυ E,

где γυ - удельная объемная проводимость вещества. Эта формула представляет собой закон Ома в дифференциальной форме. Для оценки параметров диэлектриков обычно используют величину обратную γυ - удельное объемное сопротивление ρυ = 1/γυ

Плотность тока можно выразить также как произведение n • q на υ, где n - концентрация носителей заряда, q - величина заряда, а υ - средняя скорость носителей заряда вдоль направления Е. j = n q υ Или получим γυ = n q υ / E.

Отношение υ к Е называется подвижностью носителей заряда μ = υ / E ( Получим γυ = n q μ

Для диэлектрика плоского конденсатора с поперечным сечением S, равным площади каждого электрода и толщиной диэлектрика d, (расстояние между электродами) ρυ = R S / d В системе СИ рассмотренные в формулах параметры выражаются в следующих единицах: j - А/м2; E - В/м; n - м-3; q - Кл; υ - м/с; μ - м2/В•с; ρ - Ом•м; γ- 1/Ом•м.

Поверхностное сопротивление твердых диэлектриков Если на поверхность диэлектрика нанести полоски электродов шириной b, разместив их на расстоянии a друг от друга, то удельное поверхностное сопротивление ρs будет пропорционально поверхностному сопротивлению Rs, b и обратно пропорционально a, т. е. ρs = Rs b / a

Электропроводность газообразных диэлектриков

Электропроводность жидких диэлектриков Основную роль в жидких диэлектриках играют два типа электропроводности: ионная и молионная (катафоретическая). В неполярных и слабополярных жидкостях носителями заряда в основном являются ионы, возникающие при диссоциации молекул примесей. Степень диссоциации (отношение числа диссоциированных молекул к общему числу молекул жидкости) зависит от химической природы примесей, концентрации и диэлектрической проницаемости. Степень диссоциации возрастает с увеличением ε. Собственная электропроводность наблюдается при диссоциации молекул жидкости с ионным характером связи.

Электронная электропроводность может наблюдаться в сильных полях при эмиссии электронов с катода в тщательно очищенных от примесей жидкостях. Молионная электропроводность характерна для коллоидных растворов, например, для многих электроизоляционных лаков в неотвержденном состоянии, содержащих мелкодисперсный наполнитель, пигмент и др. Знак заряда частицы будет положительным, если диэлектрическая проницаемость частиц - больше ε растворителя и наоборот. Такие заряженные частицы называют молионами.

Удельное сопротивление жидкостей уменьшается с ростом температуры по экспоненциальному закону ρ = B • eW/kT, где В - константа, W - энергия диссоциации, k - постоянная Больцмана. По аналогичному закону изменяется и вязкость жидкости.

Для неполярных жидкостей (бензол, трансформаторное масло) ρ > 1010 - 1013Ом•м, для слабополярных (совол, касторовое масло) ρ = 108 - 1010Ом•м, для сильнополярных (дистиллированная вода, этиловый спирт, ацетон) ρ = 103 - 105Ом•м. Закон Ома в жидкостях нарушается в сильных полях. Возможные причины: диссоциация молекул жидкости, приводящая к резкому росту концентрации ионов; увеличение подвижности ионов; автоэлектронная эмиссия электронов с катода в тщательно очищенных жидкостях.