Серебряков 2018
Згідно з діючими правилами, коефіцієнт абсорбції для незволожених ізоляції при температурі 10-20 ° С повинен бути не менше, ніж 1,3. Для зволоженою ізоляції коефіцієнт абсорбції близький до одиниці.
Для твердих електроізоляційних матеріалів розрізняють об'ємну та поверхневу електропровідності і відповідно об'ємне і поверхневий опори. Об'ємна електропровідність обумовлена властивостями самого діелектрика. Поверхнева ж електропровідність обумовлена присутністю на поверхні діелектрика вологи і різних забруднень. Оскільки вода відрізняється значною електропровідністю, то досить найтоншого шару вологи на поверхні діелектрика, щоб була виявлена помітна електропровідність, яка визначається в основному товщиною увлажненного шару. Оскільки товщина адсорбованого шару і його опір пов'язані з природою матеріалу, на поверхні якого знаходиться цей шар, то поверхневу електропровідність зазвичай розглядають як властивість самого діелектрика. Поверхнева електропровідність тим нижче, чим менше поляр-
ність речовини, ніж чистіше поверхня діелектрика і чим краще вона відполірована. Найбільш високими значеннями поверхневого опору мають неполярні діелектрики, поверхня яких не змочується водою. Знижений значення поверхневого опору можна спостерігати у полярних діелектриків, частково розчинних у воді, у яких на поверхні утворюється плівка електроліту. Крім того, до поверхні полярних діелектриків легко прилипають різні забруднення. Природно, що гігроскопічність волокнистих матеріалів, що мають об'ємно-пористу структуру, буде вище, а кераміки, вкритої кремнийорганическими лаками, - нижче. Само собою зрозуміло, що адсорбція вологи на поверхні діелектрика знаходиться в тісній залежності від відносної вологості навколишнього середовища. Особливо різке збільшення поверхневої електропровідності спостерігається при відносній вологості, що перевищує 70-80%.
Для порівняльної оцінки різних матеріалів по їх об'ємної і поверхневої електропровідності, користуються значеннями питомого об'ємного опору ρ і питомого поверхневого опору ρ S.
В системі СІ питомий об'ємний опір ρ чисельно дорівнює опору куба з ребром в 1 м, вирізаного реально чи подумки з досліджуваного матеріалу, якщо струм проходить крізь куб від однієї його грані до протилежної. Одиниця виміру питомої об'ємного опору Ом · м. Якщо для вимірювання береться не куб, а плоский зразок матеріалу, то при однорідному полі питомий об'ємний опір розраховується за формулою:
Провідність діелектриків, як і їх опір ізоляції R з. не є постійною величиною. Вона залежить від величини прикладеного до зразка напруги, температури навколишнього середовища і вологості. Як правило, при збільшенні прикладеної напруги і температури провідність діелектриків збільшується, а опір ізоляції R з зменшується. Збільшується провідність і зі збільшенням вологості.
При тривалій роботі під напругою струм витоку через тверді і рідкі діелектрики з плином часу може зменшуватися або збільшуватися. Зменшення струму з часом говорить про те, що електропровідність матеріалу була обумовлена іонами сторонніх домішок і зменшилася за рахунок електричної очищення зразка. Збільшення струму з часом говорить про участь в ньому зарядів, які є структурними елементами самого матеріалу, і про перебіг в ньому необоротний процес старіння під дією напруги. Це старіння здатне поступово привести до руйнування діелектрика, тобто до його пробою.
Електропровідність ізоляційних матеріалів у великій мірі залежить і від стану речовини; газоподібного рідкого або твердого. Розглянемо докладніше вплив стану речовини на його електропровідність.
3.2. Е ЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ газів
Г ази при невеликих напряженностях електричного поля
мають виключно малою провідністю. Струм в газах може виникнути тільки при наявності в них іонів
або вільних електронів. Іонізація нейтральних молекул газу при малих напряженностях електричного поля може виникнути тільки під дією зовнішніх факторів, Зовнішніми факторами, що викликають іонізацію газу, є: рентгенівські промені; ультрафіолетові промені; космічні промені; радіоактивне випромінювання, а також термічний вплив - сильне нагрівання газу. При іонізації газу, обумовленої зовнішніми факторами, відбувається розщеплення молекул на позитивні і негативні іони. Електропровідність газу, обумовлена дією зовнішніх факторів, називається
Одночасно з процесом іонізації відбувається і процес рекомбінації, коли частина позитивних іонів знову з'єднується з негативними частками і утворює нейтральні молекули. Наявність рекомбінації перешкоджає безмежного зростання числа іонів в газі і пояснює встановлення певної концентрації іонів через короткий час після початку дії зовнішнього іонізатора. Припустимо, що іонізований газ знаходиться між двома плоскими паралельними електродами, до яких докладено електрична напруга. Під дією напруги частина іонів буде переміщатися і нейтралізуватися на електродах, в ланцюзі виникне електричний струм. Інша частина іонів зникне за рахунок рекомбінації. Зі сказаного випливає, що електропровідність газів має змішаний характер - іонний і електронний.
Найбільш поширеним газоподібним діелектриком є повітря. Як приклад на рис. 3.2 показана залежність струму в повітрі від напруги. На початку кривої до напруги U H ток пропорційний напрузі, тобто і виконується закону Ома. При U> U H струм досягає насичення і подальше збільшення напруги не викликає збільшення струму. Струм насичення залежить від інтенсивності зовнішньої іонізації. Реальне значення щільності струму насичення в повітрі в нормальних умовах досить мало і складає приблизно 10 -15 А / м 2. Тому повітря при напружених U
Мал. 3.2. Залежність струму в повітрі від напруги
При великих значеннях напруженості електричного поля
(При U> U KP) можлива ударна іонізація нейтральних молекул за рахунок зіткнень заряджених частинок з молекулами газу. Ударна іонізація виникає в тих випадках, коли кінетична енергія заряджених частинок, що рухаються під дією сильного електричного поля досягає досить великих значень. Електропровідність газу, обумовлена ударною іонізацією, носить назву самостійної. При виникненні самостійної провідності струм знову починає збільшуватися зі зростанням напруги.
Ще раз підкреслимо, що самостійна провідність може виникнути тільки в сильних електричних полях. У слабких електричних полях ударна іонізація відсутня і самостійна електропровідність не спостерігається.
3.3. Е ЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ РІДИН
Е лектропроводность рідких діелектриків тісно связа на з будовою молекул рідини. У неполярних рідинах електропровідність залежить від наявності
дисоційованому домішок, в тому числі вологи. Нагадаємо, що дисоціація є розкладання молекул на декілька більш простих частинок - молекул, атомів, радикалів або іонів, а також розкладання складних молекул на простіші. У полярних рідинах електропровідність визначається не тільки примі
сямі, але іноді і дисоціацією молекул самої рідини. Струм в рідині може бути обумовлений як пересуванням іонів, так і переміщенням щодо великих заряджених колоїдних частинок. Неможливість повного видалення здатних до дисоціації домішок з рідкого діелектрика ускладнює отримання електроізоляційних рідин з малими значеннями питомої провідності.
Полярні рідини завжди мають підвищену провідність в порівнянні з неполярними. Сільнополярних рідини, наприклад вода, мають настільки високу провідність, що розглядаються вже не як рідкі діелектрики, а як провідники з іонної електропровідністю. У табл. 3.1 наведені значення питомого об'ємного опору і діелектричної проникності деяких рідин при температурі 20 ° С.
Очищення рідких діелектриків від містяться в них домішок помітно підвищує їх питомий опір. При тривалому пропущенні електричного струму через нейтральний рідкий діелектрик можна спостерігати зростання опору за рахунок перенесення вільних іонів до електродів (електрична очищення).
Питома провідність будь-якої рідини сильно залежить від температури. Зі збільшенням температури зростає рухливість іонів в зв'язку зі зменшенням в'язкості і може збіль-
Чіван ступінь теплової дисоціації. Обидва ці фактори підвищують провідність. Залежність питомої провідності g рідких діелектриків від температури може бути виражена такою формулою:
γ = γ 0 exp [α (t - t 0)],
де α - постійна величина для даної рідини; γ 0 - питома провідність при температурі t 0; t - температура, ° С.
При великих напряженностях електричного поля електропровідність рідин збільшується за рахунок збільшення числа рухаються під дією поля іонів.
У колоїдних системах спостерігається електрофоретична електропровідність, при якій носіями заряду є групи молекул - моліони, що несуть на собі електричні заряди. При накладенні електричного поля моліони приходять в рух, що і виражається зовні як явище електрофорезу.
3.4. Е ЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ТВЕРДИХ ТІЛ
Е лектропроводность твердих тіл обумовлюється пересуванням як іонів самого діелектрика, так
і іонів випадкових домішок. У деяких твердих діелектриків електропровідність може бути викликана наявністю вільних електронів. Електронна електропровідність найбільш помітна при сильних електричних полях. Вид електропровідності встановлюють експериментально, використовуючи закон Фарадея. Іонна електропровідність супроводжується перенесенням речовини. При електронної електропровідності це явище не спостерігається. При проходженні електричного струму через твердий діелектрик містяться в ньому іони можуть частково віддалятися, виділяючись на електродах, як це має місце в рідинах.
У твердих діелектриках іонного будови електропровідність обумовлена головним чином переміщенням іонів. При низьких температурах пересуваються слабозакрепленние іони, в
Зокрема іони домішок. При високих температурах звільняються і деякі іони з вузлів кристалічної решітки.
У діелектриках з атомної або молекулярної гратами електропровідність пов'язана тільки з наявністю домішок. Питома провідність дуже мала.
Для наближених розрахунків питомої провідності в залежності від температури можна користуватися також як і для рідких діелектриків виразом (3-13). У ряді випадків більш простий і дає добрий збіг з практикою виявляється формула для питомої провідності