3. Потери в диэлектриках. Пробой диэлектриков.

Потери в диэлектриках – часть энергии электрического поля, которая рассеивается в диэлектриках в виде тепла.

Потери на постоянном токе вызываются сквозным током, а на переменном токе – в основном, медленными видами поляризации. Сквозным током и быстрыми видами поляризации можно пренебречь.

Рисунок 58.

1. Tg – величина маленькая, поэтому знаменатель можно принимать за 1.

Виды диэлектрических потерь:

1. Потери на электропроводность (на пост и переменном токе, от частоты не зависят)

2. Релаксационные (из-за медленных видов поляризации, существуют только на переменном токе, создают токи абсорбции)

3. Потери, вызванные неоднородностью

4. Ионизационные. Характерны для газов и пористых диэлектриков

5. Резонансные потери. Из-за быстрых видов поляризации, в том числе резонансных.

Пробои в твердых диэлектриках.

Виды пробоев:

1. Электрический. Причина: ударная ионизация и разрыв связи между молекулами диэлектрика. Длится доли секунды, происходит при максимальной напряженности поля (100 - 1000 МВ/м).

2. Тепловой. Нарушение теплового равновесия диэлектрика из-за диэлектрических потерь.

Рисунок 59.

3. Электрохимический пробой. Вызывается химическими процессами, приводящими к изменению диэлектрика под воздействием электрического поля.

4. Ионизационный. Характерен в пористых диэлектриках и газах.

5. Поверхностный. Вызван некачественной обработкой поверхности или загрязнением.

4. Электропроводность жидкостей и газов. Жидкие и газообразные диэлектрики.

Электропроводность газов.

Газы – диэлектрики.

Примеры: воздух, элегаз (Епр эл/Епр в=2.3) (гексофторид серы).

Восстанавливают свои диэлектрические свойства после пробоя.

Электропроводность жидкости.

1. Ионная. Вызвана диссоциацией молекул. (Пример: серная кислота(проводник))

2. Молионная. Молион – заряженная частица в коллоидном растворе. Заряд «+», если диэлектрическая проницаемость материала частицы больше проницаемости жидкости.

Примеры:

1. Трансформаторное масло – изолятор обмоток трансформатора. Охлаждение.

Вязкость.

2. Касторовое масло. Слабополярное, применяется в случаях, где трансформаторное масло не подходит, например, в вакууме.

3. Дистиллированная вода. Сильнополярная.

4. Конденсаторные масла. Хорошо очищенное трансформаторное.

5. Силиконовые масла (относятся к кремниевой органике).

6. Фторорганические масла.

Последние 2 лучше по диэлектрическим свойствам, но опасны для окружающей среды при разложении.

5. Природные и искусственные полимерные органические диэлектрики

Классификация твердых диэлектриков.

1. Электроизоляционные (пассивные). Газы, жидкости, твердые. Твердые: синтетические полимеры; пластмассы и пленки; компаунды и композиты; слоистые и волокнистые; стекло, керамика, слюда, ситал; лаки и эмали.

Электрические, механические, управляемые излучением, управляемые теплом.

ПОЛИМЕРЫ.

Виды:

1. Пространственные

2. Линейные

1. Термопласты. При нагревании размягчаются. При этом химических процессов не происходит, процесс можно повторять многократно.

2. Термореакты. При охлаждении затвердевают, при последующих нагреваниях не размягчаются.

1. Полимеризационные

2. Поликонденсационные

1. Природные (целлюлоза, латекс, белок…)

2. Искусственные

1. полиэтилен. Высокочастотный, неполярный, химически стоек, цвет белый или светло-серый. Недостатки: низкий рабочий диапазон температур, разрешение под действием света

2. полистирол. Слабополярный, но высокочастотный. Применяется как конструкционный материал для изготовления каркасов, электронных агрегатов. Блочный, суспензионный (гранулированный).

3. Поливинилхлорид. Полярный, поэтому изоляционные свойства понижены. Является термопластом, выпускается в виде порошка. Может окрашиваться. Формы выпуска: винипласт (жесткие листы из прессованных пвх пленок), пластикат (60-70% пвх, 40-30% пластификатора, т.е. маслообразные жидкости). Применение: изоляция кабелей. Недостаток: узкий диапазон рабочих температур: -45…+79 град.

4. Политетрафторэтилен (фторопласт 4). Высокочастотный, неполярный, широкий диапазон рабочих температур (-195…+250 град). Не смачивается, не поглощает жидкости, не горит, не растворяется ни в одном растворителе, не подвергается плесени, обрабатывается любым способом. Недостатки: при температуре свыше 400 град разлагается с образованием свободного фтора, разрушается радиацией. Применение: конструкционный материал, изоляция ВЧ кабелей, изоляция МГТФ, уплотнитель.

5. Полипропилен. Применение: как конструкционный материал. Сваривается. PP

6. Кремниеорганика. Твердые силиконы. Применение: кострукционный материал.

7. Полиэтилен – телефтолат, он же лавсан. PET. Применение: пленочная изоляция, основа магнитных дисков и лент.

Смолы (аморфные полимеры):

1. Фенолформальдегидная

2. Эпоксидная

3. Полиамидные (капрон, нейлон…)

Применение: компаунды, изоляция.

4. Пластмасса – смола с наполнителем, пластификатором и стабилизатором против старения. Наполнитель – любые дешевые материалы (например, опилки, песок, стекловолокно).

Компаунды:

1. Пропиточные - герметизация

2. Заливочные – создание конструкционных элементов

Каучуки (эластомеры):

1. Натуральные

2. Синтетические

Относятся к низкочастотным элементам. Резина. Получение: с помощью вулканизации.

1. Мягкие

2. Твердые

3. Эбонит

Отличаются долей серы.

Недостатки: стареют, трескаются, разбухают в растворителях, разрушают медь.

Достоинства: выдерживают низкие температуры практически без потери эластичности.

Волокнистые.

Это слоистые пластики. Примеры: стеклотекстолит, гетинакс.

Конденсаторная и кабельная бумага, ткань, шелк, асбестовое волокно.

Достоинство: дешевые, гибкие, хорошо обрабатываются.

Недостатки: впитывают влагу, гниют.

Лаки.

Коллоидные растворы лаковой основы после растворения растворителя образуют пленку. В них добавляется сиккатив (ускоритель высыхания), пластификатор, отвердители, инициаторы и ускорители полимеризации.

Эмаль – лак + пигмент.

Лаки и эмали бывают:

1. Пропиточные

2. Покровные

3. Клеящие