Диэлектрик

Почему не передает?

Очищенные растворы не являются передатчиками электричества по следующим причинам:

  • в них нет растворенных солей или их уровень низкий;
  • не имеют в своем составе заряженных ионов;
  • в них не присутствуют прочие вещества, способные выступать посредниками при передаче электрических разрядов.

У самой воды электропроводимость мала. Ее молекулы сами по себе выступают слабыми посредниками при передаче электрических разрядов.

Электропроводность повышается благодаря присутствию в воде примесей и солей. А поскольку в дистилляте их практически нет, то сами по себе водные молекулы ток провести не смогут.

Где применяются диэлектрики и проводники

Материалы применяются во всех сферах деятельности человека, где используется электрический ток: в промышленности, сельском хозяйстве, приборостроении, электрических сетях и бытовых электроприборах.

Выбор проводника обусловлен его техническими характеристиками. Наименьшим удельным сопротивлением обладают изделия из серебра, золота, платины. Использование их ограничено космическими и военными целями из-за высокой себестоимости. Медь и алюминий проводят ток несколько хуже, но сравнительная дешевизна привела к их повсеместному применению в качестве проводов и кабельной продукции.

Чистые металлы без примесей лучше проводят ток, но в ряде случаев требуется использовать проводники с высоким удельным сопротивлением — для производства реостатов, электрических печей, электронагревательных приборов. Для этих целей используются сплавы никеля, меди, марганца (манганин, константан). Электропроводность вольфрама и молибдена в 3 раза ниже, чем у меди, но их свойства широко используются в производстве электроламп и радиоприборов.

Твёрдые диэлектрики — материалы, обеспечивающие безопасность и бесперебойную работу токопроводящих элементов. Они используются в качестве электроизоляционного материала, не допуская утечки тока, изолируют проводники между собой, от корпуса прибора, от земли. Примером такого изделия являются диэлектрические перчатки, про которые написано в нашей статье.

Жидкие диэлектрики используют в конденсаторах, силовых кабелях, циркулирующих системах охлаждения турбогенераторов и высоковольтных масляных выключателей. Материалы применяют в качестве заливки и пропитки.

Газообразные изоляционные материалы. Воздух — естественный изолятор, одновременно обеспечивающий отвод тепла. Азот применяется в местах, где недопустимы окислительные процессы. Водород применяется в мощных генераторах с высокой теплоёмкостью.

Слаженная работа проводников и диэлектриков обеспечивает безопасную и стабильную работу оборудования и сетей электроснабжения. Выбор конкретного элемента для поставленной задачи зависит от физических свойств и технических параметров вещества.

Проводники

К проводникам относятся все металлы и их сплавы, а также электротехнический уголь(каменный уголь, графит, сажа, смола и т.д.)К жидким проводникам относятся:вода, раствор солей, кислот и щелочей.К газообразным относятся ионизированные газы.Электрический ток в твердых проводниках-это направленное движение свободных электронов под действием ЭДС.ЭДС-электронно-движущая сила.

Свойства проводников:

  1. Электрические
  2. Удельное сопротивление веществ от которого зависит электропроводимость
  3. Сверхпроводимость-это свойство некоторых материалов при температуре равной 101(-273) проводить эл.ток без препятствий, т.е. удельное сопротивление этих материалов равно нулю
  4. Физические
  5. плотность
  6. температура плавления
  7. Механические
  8. Прочность на изгиб, растяжение и т.д., а также способность обрабатываться на станках
  9. Химические
  10. Свойства взаимодействовать с окружающей или противостоять коррозии
  11. Свойства соединятся при помощи пайки, сварки

Твердые диэлектрики.

Жидкие диэлектрики.

Органические соединения, в частности углеводороды, широко используются в качестве жидких диэлектриков. Для углеводородов характерны низкая диэлектрическая проницаемость (от 2 до 4) и умеренно высокое удельное электрическое сопротивление (ок. 1012 ОмЧсм). Поскольку углеводороды не содержат кислорода или азота, они являются химически стабильными и поэтому подходят для использования в сильных электрических полях, в которых процессы ионизации усиливают химическую нестабильность. Примерами жидких диэлектриков могут служить циклические углеводороды, такие, как бензол (C6H6), или ациклические соединения типа гексана . Большинство углеводородов встречаются в виде смесей; химический состав и строение входящих в них компонентов точно не известны. К ним относятся, в порядке возрастания вязкости, петролейный эфир, парафиновое масло, трансформаторные масла, парафин и различные воски.

Некоторые галогенопроизводные продукты, такие, как хлороформ (CHCl3) и четыреххлористый углерод (CCl4), являются диэлектриками. К жидким неорганическим диэлектрикам относятся такие сжиженные газы, как двуокись углерода и хлор.

Важным преимуществом жидких диэлектриков является их способность к восстановлению своих свойств после искрового пробоя и способность проводить тепло, что важно для трансформаторов. Твердые диэлектрики

Твердые диэлектрики.

К типичным твердым электроизоляционным материалам относятся фарфор, стекло, кварц, натуральная и синтетическая резина и пластики. Тонкие слои твердых изоляторов могут иметь очень высокие значения напряжения пробоя и удельного электрического сопротивления, что видно из приводимой ниже таблицы.

Повышение приложенной разности потенциалов к рассматриваемому образцу твердого или жидкого диэлектрика увеличивает ток через него. Это увеличение приводит к отрыву электронов и образованию пространственного положительного заряда вблизи катода. Электрический пробой является результатом искажения электрического поля внутри изолятора. Как твердые, так и жидкие диэлектрики подвержены поляризации, т.е. их диэлектрическая постоянная больше единицы. Поляризация приводит к появлению диэлектрических потерь при приложении переменных электрических полей. Некоторые материалы, такие, как кварц, полиэтилен и некоторые газы, имеют очень низкие диэлектрические потери даже в высокочастотных электрических полях.

СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ
Материал Электрическая прочность, кВ/см Диэлектрическая проницаемость Удельное электрическое сопротивление, 1014 ОмЧсм
Слюда 5,0–7,0
Стекло (разное) 200–700 3,0–12,0 10–6 ё104
Метилметакрилат (люсит) 3,3–4,5
Фарфор (неглазурованный) 5,0–7,0
Эбонит 2,0–3,5 104

Вопрос 5

Электромонтажные работы неразрывно связаны со строительством во всех областях народного хозяйства. Поэтому вполне естественно разнообразие технологических методов ведения электромонтажных работ и широкая номенклатура (перечень названий) применяющихся материалов и изделий.Особенно разнообразны электромонтажные изделия для прокладки, закрепления, соединения и присоединения различных проводников (голых шин, кабелей, голых и изолированных проводов), защиты их в необходимых случаях от вредного воздействия окружающей среды и механических повреждений, а также для установки отдельных аппаратов, светильников и т. п.Электромонтажные изделия почти не выпускаются заводами промышленности. В основном они изготовляются электромонтажными организациями в своих мастерских. Однако ведущие электромонтажные организации, одной из которых в области электромонтажа промышленных предприятий является Главэлектромонтаж Министерства строительства, уже многие годы производят на своих специализированных заводах электромонтажные изделия в сравнительно больших количествах и ассортименте. Эти изделия являются массовыми и полностью отвечают требованиям, предъявляемым к заводской продукции.Ниже приводится описание электромонтажных изделий, применяемых только во внутренних электроустановках.Электромонтажные изделия для наружных установок, воздушных линий электропередачи (которые принято называть арматурой линий), крановых троллеев,а также муфты для соединения и оконцевания кабелей не рассматриваются.В тексте, таблицах и на рисунках для изделий указаны типы, принятые в системе Главэлектромонтажа. В брошюре описаны лишь сами изделия. Об их использовании даны только самые общие сведения, гак как технике применения электромонтажных изделий посвящается другая брошюра, готовящаяся к печати в «Библиотеке электромонтера».

Электропроводность

Электропроводность диэлектриков объясняется присутствием в их молекулах незначительного числа свободных электронов. При смещении зарядов внутри вещества за некоторый промежуток времени, наблюдается постепенное установление равновесного положения, что и является причиной появления тока. Электропроводность диэлектриков существует в момент выключения и включения напряжения. Технические образцы изоляторов имеют максимальное количество свободных зарядов, поэтому в них появляются незначительные сквозные токи.

Электропроводность диэлектриков в случае постоянного значения напряжения вычисляется по сквозному току. Данный процесс предполагает выделение и нейтрализацию на электродах имеющихся зарядов. В случае переменного напряжения на величину активной проводимости влияет не только сквозной ток, но и активные компоненты поляризационных токов.

Электрические свойства диэлектриков зависят от плотности тока, сопротивления материала.

Справочная информация

ДокументыЗаконыИзвещенияУтверждения документовДоговораЗапросы предложенийТехнические заданияПланы развитияДокументоведениеАналитикаМероприятияКонкурсыИтогиАдминистрации городовПриказыКонтрактыВыполнение работПротоколы рассмотрения заявокАукционыПроектыПротоколыБюджетные организацииМуниципалитетыРайоныОбразованияПрограммыОтчетыпо упоминаниямДокументная базаЦенные бумагиПоложенияФинансовые документыПостановленияРубрикатор по темамФинансыгорода Российской Федерациирегионыпо точным датамРегламентыТерминыНаучная терминологияФинансоваяЭкономическаяВремяДаты2015 год2016 годДокументы в финансовой сферев инвестиционной

§ 23. Лаки, эмали, компаунды

Электроизоляционные
лаки и компаунды относятся к твердеющим
диэлектрикам, поскольку в процессе
изготовления изоляции их используют в
жидком виде, но в готовой изоляции они
находятся уже в твердом состоянии и
широко применяются в электроизоляционной
и кабельной технике, в производстве
электрических машин, турбо- и
гидрогенераторов, аппаратов,
трансформаторов, распределительных
устройств, в высокочастотной технике.

Выбор электроизоляционных
лаков или компаундов для той или иной
конструкции основывается на знании
технических требований для данной
конструкции и условий ее работы, на
физических и электрических характеристиках
лаков и компаундов, определяемых
соответствующими государственными
стандартами и техническими условиями
(ТУ).

Лаками
называются коллоидные растворы лаковой
основы в летучих растворителях. При
сушке растворитель улетучивается, а
основа переходит в твердое состояние,
образуя в тонком слое лаковую пленку,
которая обладает электроизоляционными
свойствами.

Лаковая
основа
представляет собой ту часть лака, которая
образует пленку и состоит из битумов,
высыхающих растительных масел, природных
или синтетических смол, а также из их
композиций. Растворители
– летучие
жидкости, применяемые для растворения
лаковых основ и улетучивающиеся в
процессе образования пленки. Растворителями
могут служить ароматические углеводороды,
спирты, сложные и простые эфиры, скипидар
и др. В состав лака, кроме того, могут
входить следующие дополнительные
вещества: сиккативы;
пластификаторы
– вещества, придающие эластичность и
ударную прочность лаковой пленке;
отвердители
– соединения, способствующие отвердеванию
пленки лака; инициаторы
и ускорители
– вещества, ускоряющие процесс образования
полимеров; ингибиторы
– соединения, препятствующие
преждевременному загустеванию.

По применению
электроизоляционные лаки разделяются
на три группы: пропиточные, покрывные
и клеящие.

Пропиточные
лаки служат для пропитки пористой, и в
частности, волокнистой изоляции (бумага,
картон, пряжа, ткань, стеклоткани,
изоляция обмоток электрических машин
и аппаратов). После пропитки поры
заполняются не воздухом, а высохшим
лаком. Это повышает пробивное напряжение,
увеличивает теплопроводность, уменьшает
гигроскопичность, повышает механические
свойства изоляции.

Покрывные
лаки служат для образования механически
прочной, гладкой, блестящей водостойкой
пленки на поверхности твердой изоляции.
Это повышает сопротивление, защищает
изделие от действия внешних воздействий,
а также улучшает внешний вид изделий.
К этой группе относятся также эмаль–лаки,
применяемые в кабельной промышленности,
и полупроводящие лаки, обладающие
повышенной удельной проводимостью.

Клеящие
лаки применяются для склеивания между
собой твердых электроизоляционных
материалов и деталей (слюды, бумаги,
картона и т.п.) или для приклеивания их
к металлу.

Приведенная
классификация лаков в значительной
мере условна, так как один и тот же лак
иногда может служить и пропиточным и
клеящим, например бакелитовый лак при
производстве слоистых пластиков.

Компаунды отличаются
от лаков отсутствием в их составе
растворителя. Он состоят из смол, битумов,
воска, масел. По применению компаунды
разделяются на две основные группы:
пропиточные
компаунды (их назначение аналогично
назначению пропиточных лаков) и
заливочные,
которые применяются для заполнения
сравнительно больших полостей и
промежутков между деталями электрических
машин и аппаратов, а также для получения
сравнительно толстого покрытия на тех
или иных электротехнических деталях,
узлах, блоках.

Компаунды разделяются
на термопластичные
и термореактивные.
Термореактивные компаунды характеризуются
более высокой нагревостойкостью по
сравнению с термопластичными. Они
применяются для пропитки и заливки
различных деталей и узлов: сухих
трансформаторов, изоляции водостойких
электрических машин. Заливка существенно
повышает электрические свойства изоляции
и защищает от действия влаги и механических
повреждений. Однако заливка термореактивным
компаундом затрудняет ремонт детали
при ее пробое или ином повреждении, в
большинстве случаев деталь приходится
заменять.

Электроизоляционные
эмали

представляют собой лаки, в состав которых
входят пигменты

высокодисперсные неорганические
вещества, повышающие твердость и
механическую прочность лаковой пленки,
теплопроводность, дугостойкость. В
качестве пигментов часто применяют
диоксид титана, железный сурик и др.

Электрическая прочность.

Повышение давления воздуха приводит к увеличению напряжения коронного разряда и напряженности электрического поля, при которой происходит пробой для рассматриваемой системы электродов. Согласно закону Пашена, в однородном электрическом поле напряжение пробоя не изменится, если при уменьшении межэлектродного зазора во столько же раз увеличить давление газа в зазоре. Такие распространенные газы, как азот, кислород и двуокись углерода, по своей изолирующей способности близки к воздуху при атмосферном давлении. Некоторые пары, особенно те, что содержат серу, хлор или фтор, такие, как гексафторид серы (SF6), четыреххлористый углерод (CCl4) и фреон-12 (CCl2F2), имеют втрое большую электрическую прочность, чем воздух при том же давлении. Влияние давления на напряжение пробоя для некоторых материалов показано на рисунке.

Электроизолирующие свойства газов оказываются наихудшими при давлениях от 1 до 0,01 кПа. Прохождение тока через газ при таких давлениях сопровождается ярким свечением (например, в ртутных или неоновых лампах). Это явление называется тлеющим разрядом.

Проводит электричество или нет?

Теоретически дистиллированная вода не относится к числу веществ, проводящих электроток. В идеально чистой жидкой среде отсутствуют минеральные соли и дополнительные примеси.

В ней практически нет свободных ионов. В такой среде отсутствуют подходящие условия для их взаимодействия.

На практике из водного раствора не удается полностью удалить все соли и примеси. Их концентрация в ней существенно ниже, чем в обычной воде.

Но такая очищенная среда все равно содержит в себе некоторое количество веществ, которые могут передавать электричество. Такая жидкая среда может быть слабым проводником.

Классификация

Все диэлектрические материалы подразделяют на полярные и неполярные виды. У полярных изоляторов центры положительных и отрицательных зарядов смещены от центра. Молекулы таких веществ по своим электрическим параметрам аналогичны жесткому диполю, имеющему свой дипольный момент. В качестве полярных диэлектриков можно привести воду, аммиак, хлороводород.

Неполярные диэлектрики отличаются совпадением центров положительных и отрицательных зарядов. Они сходны по электрическим характеристикам упругому диполю. Примерами таких изоляторов являются водород, кислород, тетрахлорметан.

Порядок и методика выполнения работы

5.
1 Определение температуры вспышки
трансформаторного масла.

Определение
температуры вспышки паров трансформаторного
масла проводится в соответствии с ГОСТ
6356–52, основные положения которого
следующие.

Испытуемое
масло перед опытом высушивается и
заливается в тигель. В начале опыта
нагревание масла ведут со скоростью
5–8 ○ С
в минуту. Когда же масло нагревается до
температуры на 30 ○
С
ниже предполагаемой температуры вспышки
паров, скорость нагревания снижают до
2 ○ С
в мину-ту. При температуре масла на 10 ○
С
ниже ожидаемой температуры вспышки
начинают проводить попытки на вспышку
через каждые 2 ○
С.

За температуру
вспышки принимают ту температуру
жидкости, при которой над поверхностью
масла при поджигании появилось синее
пламя.

После
появления первой вспышки при повышенной
на 2 ○ С
темпера-туре производят вторую попытку
на вспышку. Если при этом вспышки не
произойдет, то опыт следует начинать
снова, если же при повторном опыте
вторичного воспламенения также не
произойдет, а первичное повториться,
то определение считается законченным
и за температуру вспышки принимается
показание термометра при первой вспышке.

При
барометрическом давлении, отличном от
760 мм рт. ст. более чем на 15 мм, следует
вводить поправку, вычисленную по формуле:

ΔТ
= 0,91·(0,1-Р)(273+Т)

где
Р
фактическое барометрическое давление
в Мпа·с; Т
измеренная температура вспышки или
воспламенения. Поправку прибавляют к
определенной из опыта температуре
вспышки паров масла в случае, если
фактическое барометрическое давление
ниже 760 мм рт. ст., и высчитывают, если
давление выше 760 мм рт. ст.

5.
2. Определение вязкости трансформаторного
масла.

Сущность
определения вязкости жидкости
вискозиметром В3-4 сводится к тому, что
из сосуда через калиброванное отверстие
в его дне выпускается определенный
объем дистиллированной воды при
температуре 20 ○С
и замеряется время ее истечения
.
Полученную величину называют постоянной
прибора или водяным числом вискозиметра.
При тех же условиях определяется время
истечения испытуемой жидкости.

Условная
вязкость
равна
отношению времени истечения испытуемой
жидкостико времени
истечения такого же объема воды при 20
○С
:

,
( условные
градусы)

Кинематическую
вязкость можно выразить в единицах
через эмпирическую формулу:

Динамическая
вязкость исследуемой жидкости
вычисляется по формуле:

где
– кинематическая вязкость, м²/с;– плотность жидкости, кг/м³.

Размерность

в системе СИ – Паскаль –секунда (Па·с)
– это динамическая вязкость среды, при
ламинарном течении которой, в слоях,
находящихся на расстоянии в 1 м в
направлении, перпендикулярном течению,
под действием давления сдвига 1Па
возникает разность скоростей течения
1 м/с. В практике испытаний применяется
и другая единица вязкости – пуаз (П). 1П
= 0,1Па·с = 0,1Н·с/м².
Измерение динамической вязкости
производится на основе закона Стокса
или закона Пуазейля.
иногда измеряют в Стоксах: 1 Стокс (Ст)
= 10-4м2/с;
=1
сСт;= 1 сП = 0,001
Па·с.

Описание лабораторной
установки

В
настоящей работе рассматривается метод
определения воспламенения паров
трансформаторного масла с помощью
аппарата ПТВ–1, электрическая схема
которого приведена на рис 5. 2. Этот прибор
состоит из электрического нагревателя,
помещенного внутри корпуса. По дну и
боковой поверхности стакана нагревателя
уложена спираль. В стакан нагревателя
установлен тигель, в который заливается
масло. Внутри корпус заполнен
теплоизоляционным материалом.

Сверху тигель
закрывается крышкой в виде конусообразной
камеры с отверстием для наблюдения за
вспышкой паров масла. В камере на
расстоянии порядка 2–3 мм от уровня
залитого в тигель масла расположена
нихромовая спираль.

Питание прибора
осуществляется от сети переменного
тока напряжением 220 В. При включении
тумблера «сеть» напряжение подается
на спираль нагревателя.

Переключателем
«пределы нагрева» можно регулировать
скорость нагрева масла. При нажатии на
кнопку «вспышка» нихромовая спираль
раскаляется и при определенной температуре
пары трансформаторного масла вспыхивают.
Температура фиксируется по термометру,
расположенному на передней панели
прибора.

Проведение
эксперимента

5.
1. Определение температуры вспышки паров
трансформаторного масла производится
по описанной методике.

5.
2. Определение вязкости трансформаторного
масла.

Вискозиметр
ВЗ-4 имеет сопло (
4мм, l
4 мм). Под сопло ставят сосуд емкостью
не менее 100 мл. Отверстие сопла закрывают,
заполняют резервуар и оставляют в покое
на 5-10 минут для выхода пузырьков воздуха.
В ванну вискозиметра наливают воду и
доводят ее до необходимой температуры.
Данные измерений вносят в табл. 5. 1.

Таблица
5.1

Наименование
материала

,
◦С

,
с

,
с

,
м²/с

,
Па·с

Физические свойства диэлектриков

Чтобы оценить качество и степень пригодности диэлектрика, необходимо как-то описать его параметры. Если следить за этими параметрами, то можно вовремя предотвратить аварию, заменив элемент на новый с допустимыми параметрами. Этими параметрами выступают: поляризация, электропроводность, электрическая прочность и диэлектрические потери. Для каждого из этих параметров существует своя формула и постоянная величина, в сравнении с которой производится заключение о степени пригодности материала.

Главными электрическими свойствами диэлектриков являются поляризация (смещение зарядов) и электропроводность (способность проводить электрический ток)
Смещение связанных зарядов диэлектрика или их ориентация в электрическом поле называется поляризацией. Это свойство диэлектрических материалов характеризуется относительной диэлектрической проницаемостью ε. При поляризации на поверхности диэлектрика образуются связанные электрические заряды.

В зависимости от типа диэлектрика поляризация может быть: электронной, ионной, дипольно-релаксационной, спонтанной. Более подробно про их свойства на инфографике ниже.

Под электропроводностью понимают способность диэлектрика проводить электрический ток. Ток, протекающий в диэлектрике называется током утечки. Ток утечки состоит из двух составляющих — тока абсорбционного и тока сквозного. Сквозные токи обусловлены наличием свободных зарядов в диэлектрике, абсорбционный ток — поляризационными процессами до момента установления равновесия в системе.

Величина электропроводности зависит от температуры, влажности и количества свободных носителей заряда.

При увеличении температуры электропроводность диэлектриков увеличивается, а сопротивление падает.

Зависимость от влажности вновь возвращает нас к классификации диэлектриков. Ведь, неполярные диэлектрики не смачиваются водой и на изменение влажности им нет дела. А у полярных диэлектриков при увеличении влажности повышается содержание ионов, и электропроводность увеличивается.

Проводимость диэлектрика состоит из поверхностной и объемной проводимостей. Известно понятие удельной объемной проводимости, обозначается буквой сигма σ. А обратная величина называется удельное объемной сопротивление и обозначается буквой ро ρ.

Резкое увеличение проводимости в диэлектрике при возрастании напряжения может привести к электрическому пробою. И аналогично, если сопротивление изоляции падает, значит изоляция не справляется со своей задачей и необходимо применять меры. Сопротивление изоляции состоит из поверхностного и объемного сопротивлений.

Под диэлектрическими потерями в диэлектриках понимают потери тока внутри диэлектрика, которые рассеиваются в виде тепла. Для определения этой величины вводят параметр тангенс дельта tgδ. δ — угол, дополняющий до 90 градусов, угол между током и напряжением в цепи с емкостью.

Диэлектрические потери бывают: резонансные, ионизационные, на электропроводность, релаксационные. Теперь подробнее поговорим про каждый тип.

Электрическая прочность это отношение пробивного напряжения к расстоянию между электродами (или толщина диэлектрика). Эта величина определяется минимальной величиной напряженности электрического поля, при которой произойдет пробой.

Пробой может быть электрическим (ударная ионизация, фотоионизация), тепловым (большие диэлектрические потери, следовательно много тепла, и обугливание с оплавлением может произойти) и электрохимическим (в результате образования подвижных ионов).

В таблице выше приведены данные по электрической прочности, удельному объемному сопротивлению и относительной диэлектрической проницаемостью для различных веществ. Также тангенс угла диэлектрических потерь не обошли стороной.

Самое популярное

Газообразные диэлектрики

Наиболее распространенными газообразными диэлектриками являются воздух, азот, водород и элегаз. Электроизоляционные газы делятся на естественные и искусственные. К естественным относится воздух, которые применяется в качестве изоляции между токоведущими частями линий электропередач и электрических машин. В качестве изолятора воздух имеет недостатки, которые делает невозможным его использование в герметичных устройствах. Из-за наличия высокой концентрации кислорода воздух является окислителем, и в неоднородных полях проявляется низкая электрическая прочность воздуха.

В силовых трансформаторах и высоковольтных кабелях в качестве изоляции используют азот. Водород, кроме электроизоляционного материала, также представляет собой принудительное охлаждение, поэтому часто используется в электрических машинах. В герметизированных установках чаще всего применяют элегаз. Заполнение элегазом делает устройство взрывобезопасным. Применяется в высоковольтных выключателях благодаря своим дугогасящим свойствам.

Стекло

Получают переплавкой кремнезема – SiO2 (в виде песка) с окислами различных металлов – натрия, калия, свинца, кальция (в виде соды, селитры, буры, различных каменных пород). Стекло – аморфное тело, поэтому оно не имеет определенной температуры плавления. При нагреве стекло размягчается и становится жидким. В этом состоянии стекло можно выдувать, вытягивать, прессовать, отливать. Физические и механические свойства стекла зависят от его состава и обработки. Если обычное стекло хрупкое, то особо закаленное стекло – сталинит обладает высокой прочностью на удар. Стекло практически водонепроницаемо, на него не действуют кислоты (за исключением плавиковой) и щелочи. Однако, стекла, содержащие только щелочные окислы (Na2O, K2O), хорошо растворяются в воде (жидкое стекло). Электроизоляционные свойства стекла очень высоки. С нагревом стекло быстро теряет изоляционные качества. В электротехнике стекло используют для изготовления баллонов осветительных и электронных ламп, изоляторов и тому подобного. Из стекла можно получить волокна диаметром до 0,005 – 0,006 мм. Отдельные волокна свиваются в нити. Стеклянные нити (стеклопряжа) используют для нагревостойкой изоляции проводников марки ПСД. Электрическая прочность стекла 10 – 40 кВ/мм; ε = 5,5 – 10.

Почему диэлектрики не проводят электрический ток

Низкая проводимость обусловлена строением молекул диэлектрика. Частицы вещества тесно связаны друг с другом, не могут покинуть пределы атома и перемещаться по всему объёму материала. Под воздействием электрического поля частицы атома способны слегка расшатываться — поляризоваться.

В зависимости от механизма поляризации, диэлектрические материалы подразделяются на:

  • неполярные — вещества в различном агрегатном состоянии с электронной поляризацией (инертные газы, водород, полистирол, бензол);
  • полярные — обладают дипольно-релаксационной и электронной поляризацией (различные смолы, целлюлоза, вода);
  • ионные — твёрдые диэлектрики неорганического происхождения (стекло, керамика).

Диэлектрические свойства вещества непостоянны. Под воздействием высокой температуры или повышенной влажности электроны отрываются от ядра и приобретают свойства свободных электрических зарядов. Изоляционные качества диэлектрика в этом случае понижаются.

Надёжный диэлектрик — материал с малым током утечки, не превышающим критическую величину и не нарушающим работу системы.

Watch this video on YouTube

Пробой жидких диэлектриков.

Газовые
включения и коллоидные частички воды,
имеющие сферическую форму, под действием
электрического поля деформируются,
превращаются в эллипсоидные вращения,
удлиняются и сливаются, образуя сплошной
канал между электродами (“мостики”)
по которому проходит электрический
заряд, т.е. происходит пробой. Коллоидные
частички воды кроме того поляризуются
и притягиваются друг другу.

С
увеличением давления электрическая
прочность газа и электрическая прочность
повышается. С увеличением содержания
воды электрическая прочность сильно
снижается.

Под
действием электрических сил коллоидные
смолистых веществ поляризуются,
втягиваются в межэлектродное пространство,
и образуют между электродами сплошные
цепочки с пониженным сопротивлением.

При
температурах близких к 0С,
вода и смолистые вещества находятся в
свободном состоянии, и масло обладает
минимальной электрической прочностью.
С повышением температуры часть коллоидных
частиц воды или смолистых веществ
растворяется, и образование токопроводящего
канала затрудняется, электрическая
прочность повышается. С понижением
температуры до -40С
вода замерзает и электрическая прочность
увеличивается. При температуре больше
70С
начинается процесс кипения и увеличивается
количество газов, что снижает электрическую
прочность.

В
однородном электрическом поле
электрическая прочность больше, чем в
неоднородном поле. В неоднородном поле
может происходит неполный пробой
(корона), под действием которой протекают
процессы разложения и образования
продуктов которые резко снижают
электрическую прочность.

После
снятия напряжения пробитый промежуток
восстанавливается.

Для
повышения электрических характеристик
жидкие диэлектрики тщательно очищают
от различных загрязнений и влаги, а
также дегазируют.

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ
И ПРОБОЙ ТВЁРДЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ

Электропроводность
твёрдых диэлектриков.

  1. Объёмная
    проводимость.

Ток
объёмной проводимости представляет
собой направленное перемещение:


сводных ионов, которые образуются в
результате диссоциации (распада) молекул
примесей, имеющихся в небольшом
количестве: органические кислоты,
щелочные оксиды (Na2O,
K2O),
влага и другие;


ионов самого диэлектрика при повышенных
температурах, поэтому удельное объёмное
сопротивление ρ
при некоторой температуре резко падает.


электронов и ионов диэлектрика при
приложении больших напряжений, при этом
удельное объёмное сопротивление ρ
падает.

  1. Поверхностная
    проводимость.

Ток
поверхностной проводимости зависит от
степени увлажнения и загрязнения их
поверхности. Чем сильнее увлажнена и
загрязнена поверхность диэлектрика,
тем меньшим удельным поверхностным
сопротивлением
ρ
п
он обладает.

Для
защиты поверхности твёрдых диэлектриков
от загрязнений и влаги их покрывают
гидрофобными (не смачиваемыми водой)
покрытиями – лаками и эмалями.

Является
важной характеристикой при оценке
материалов в линейных изоляторах
(изоляторы из стекла покрывают
кремнейорганическими соединениями)

Бизнес и финансы

БанкиБогатство и благосостояниеКоррупция(Преступность)МаркетингМенеджментИнвестицииЦенные бумагиУправлениеОткрытые акционерные обществаПроектыДокументыЦенные бумаги — контрольЦенные бумаги — оценкиОблигацииДолгиВалютаНедвижимость(Аренда)ПрофессииРаботаТорговляУслугиФинансыСтрахованиеБюджетФинансовые услугиКредитыКомпанииГосударственные предприятияЭкономикаМакроэкономикаМикроэкономикаНалогиАудитМеталлургияНефтьСельское хозяйствоЭнергетикаАрхитектураИнтерьерПолы и перекрытияПроцесс строительстваСтроительные материалыТеплоизоляцияЭкстерьерОрганизация и управление производством

Электропроводность твердых тел

Она объясняется перемещением не только ионов самого изолятора, но и заряженных частиц примесей, содержащихся внутри твердого материала. По мере прохождения через твердый изолятор происходит частичное удаление примесей, что постепенно сказывается на проводимости тока. Учитывая особенности строения кристаллической решетки, перемещение заряженных частиц обусловлено флуктуацией теплового движения.

При невысоких температурах происходит движение положительных и отрицательных ионов примесей. Такие виды изоляции характерны для веществ с молекулярной и атомной кристаллической структурой.

Для анизотропных кристаллов величина удельной проводимости меняется в зависимости от его осей. К примеру, в кварце в направлении, расположенном параллельно основной оси, она превышает в 1000 раз перпендикулярное положение.

В твердых пористых диэлектриках, где практически нет влаги, незначительное повышение электрического сопротивления приводит к повышению их электрического сопротивления. У веществ, которые содержат примеси, растворимые в воде, наблюдается существенное уменьшение объемного сопротивления из-за изменения влажности.

Заключение

Электроизоляционные материалы представляют собой вещества, которые позволяют получать надежную изоляцию некоторых составных частей электрического оборудования, находящегося под определенными электрическими потенциалами. В сравнении с проводниками тока, у многочисленных изоляторов значительно большее электрическое сопротивление. Они способны создавать сильные электрические поля и накапливать дополнительную энергию. Именно это свойство изоляторов применяют в современных конденсаторах.

В зависимости от химического состава, их подразделяют на природные и синтетические материалы. Самой многочисленной является вторая группа, поэтому именно эти изоляторы применяют в разнообразных электрических приборах.

В зависимости от технологических характеристик, структуры, состава, выделяют пленочные, керамические, восковые, минеральные изоляторы.

При достижении величины пробивного напряжения, наблюдается пробой, приводящий к резкому возрастанию величины электрического тока. Среди характерных признаков подобного явления можно выделить незначительную зависимость прочности от напряжения и температуры, толщины.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Андрей Измаилов
Наш эксперт
Написано статей
116
Добавить комментарий