Электропроводность диэлектриков

Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова

(технический университет)

Кафедра общей электротехники.

Реферат на тему:  «Электропроводность диэлектриков».

                                                                           Выполнил: студент Степаненко Д. Ю.

                                                                           Группа:  АПМ-01

                                                                           Проверил: ассистент Анискин Б. Г.

                                                                           Дата:____________________

Санкт-Петербург

2003

По самому своему назначению электроизоляционные материалы совершено не должны пропускать электрический ток под действием приложенного постоянного электрического напряжения, т. е. они должны быть не проводниками. Однако «идеальных» проводников не существует, и все практически применяемые изоляционные материалы при приложении постоянного напряжения все же пропускают некоторый, обычно весьма незначительный ток.

Ток, проходящий через участок изоляции (или в частном случае через образец электроизоляционного материала) при установившемся процессе электропроводности, т. е. спустя большой промежуток времени после приложения, так же является постоянным и называется сквозным током утечки. Таким образом проводимость любого участка изолятора не равна нулю, а имеет конечное значение, и сопротивление изоляции не бесконечно велико, а конечно; соответственно и удельные сопротивления электроизоляционных материалов также конечны, хотя и чрезвычайно велики по сравнению с удельными сопротивлениями проводниковых материалов.

           Проводимость изоляции G_из, С_м как и проводимость любого проводящего тела, определяется как отношение сквозного тока утечки через изоляцию I_из, А, к приложенному к изоляции постоянному напряжению U, В:

                                                               (1)

Величина R_из, Ом, обратная величине G_из, - сопротивление изоляции

                                                    (2)

Различают объемную проводимость изоляции G, численно определяющую проводимость через толщину изоляции, и поверхностную проводимость изоляции G_s, характеризующую наличие слоя повышенной электропроводности на поверхности раздела твердой изоляции с окружающей газообразной  (в большинстве случаев  –  воздухом) или жидкой средой; этот слой создается вследствие неизбежных загрязнений, увлажнения и т. п. Для газообразных и жидких диэлектриков  поверхностная проводимость обычно не рассматривается.

Соответственно вводятся понятия объемного тока утечки I и поверхностного тока утечки I_s, а так же объемного сопротивления изоляции R, и поверхностного сопротивления изоляции R_s. Очевидно, что сопротивления R и R_s включены параллельно друг другу между электродами, через которые подается напряжение на изоляцию. Таким образом,

                      (3)

Ниже приводятся формулы для расчета объемных сопротивлений R, Ом, участков изоляции из однородного и изотропного диэлектрика наиболее важных практически геометрических конфигураций. В этих формулах - параметр диэлектрика - его удельное  объемное сопротивление; единица  - Ом*м.

Для простейшей конфигурации участка изоляции с постоянным поперечным сечением S, м²(равным площади каждого электрода), и толщиной (расстоянием между электродами) h,м. т. е. диэлектрика плоского конденсатора

                               (4)

или

                                (5)

Для участка изоляции между электродами, имеющими вид двух коаксиальных цилиндров с осевой длиной , м, диаметром внутреннего электрода d₁(радиус r₁) и диаметром внешнего электрода d₂(радиус r₂), т. е. диэлектрика цилиндрического конденсатора или изоляции коаксиального кабеля:

                 (6);(7)

Вышеприведенные формулы справедливы, если мы пренебрегаем растеканием линий тока от краев электродов в часть объема изоляции, не охватываемую электродами.

Значения  практически применяемых твердых и жидких электроизоляционных материалов (при нормальной температуре, нормальной влажности окружающего воздуха и не слишком высоких значениях напряженности электрического поля в материале) лежат в пределах примерно от 10⁶-10⁸ Ом*м для сравнительно низкокачественных, применяемых в мало ответственных случаях материалов (древесина, мрамор, асбестоцемент и т. п.) и до 10¹⁴-10¹⁷ Ом*м для таких материалов, как полистирол, полиэтилен, политетрафторэтилен и т. п.; для неионизированных газов  еще выше. Отношение удельных сопротивлений высококачественного твердого диэлектрика и хорошего проводника (при нормальной температуре) выражается колоссальным числом – порядка  10²³-10²⁵.

Величина , обратная величине ,- удельная объемная проводимость материала, См/м:

                     .                    (8)

Помимо См/м (или Ом^-1*м^-1), иногда применяют другие единицы для , являющиеся величинами, обратными вышеприведенным единицам для : См/см, м/(Ом*мм²) или МСм/м и т. п.

Для однородного электрического поля в материале могут быть написаны уравнения закона Ома в обобщенной форме: