Климатические воздействия на материалы и технические системы, страница 2

Изменение температуры электроизоляционных материалов приводит к изменению следующих их основных электрических характеристик:

ε - диэлектрической проницаемости,

ρ– удельного сопротивления.

ρ_V - объемного сопротивления.

σ - поверхностного сопротивления,

tgδ – угла диэлектрических потерь.

U_{ПР –} электрической прочности.

Одновременно изменяются и их механические свойства. Зависимость проводимости твердых диэлектриков от температуры может быть выражена следующей зависимостью -

где γ₀ и В - постоянные величины, характерные для данного диэлектрика; Т - абсолютная температура. Соответственно величина удельного сопротивления определяется по формуле

Зависимость диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь от температуры имеет сложный характер и определяется состоянием вещества, наличием или отсутствием в диэлектрике дипольной поляризации, а также частотой приложенного переменного электрического поля. На рисунке ІІІ.5-6.1. приведены зависимости ε = f(T) и tgδ = f(T) для жидких дипольных диэлектриков.

Если потери в диэлектрике определяются только током проводимости, то зависимость tgδ от температуры определяется выражением

где f-частота, гц; γ₀ - объемная удельная проводимость [ом_*см] при нормальной температуре; А - постоянная величина, характерная для данного диэлектрика.

Электрическая прочность характеризуется величиной пробивного напряжения, приложенного к диэлектрику.

Пробой, возникающий в результате нарушения теплового равновесия, принято называть тепловым пробоем. Величина пробивного напряжения в зависимости от температуры изменяется по экспоненциальному закону

где К - постоянная величина, характеризующая свойство данного диэлектрика при определенной частоте подводимого напряжения; а - температурный коэффициент электрической проводимости; d - толщина диэлектрика.

Однако, хотя приведенная формула хорошо подтверждается экспериментально, она не позволяет произвести практические расчеты из-за невозможности количественного определения постоянной величины К. На основании теории теплового пробоя, были выведены формулы для вычисления пробивного напряжения:

для постоянного напряжения,

для переменного напряжения;

где Кд — коэффициент теплопроводности электродов, с помощью которых напряжение прикладывается к диэлектрику; а - температурный коэффициент электрической проводимости; γ₀ - проводимость при температуре диэлектрика t₀, ε - диэлектрическая проницаемость; f – частота; φ — функция от величины

где К₀ - коэффициент теплоотдачи в окружающую среду; Кэ - коэффициент теплопроводности; h - толщина диэлектрика; А - толщина электрода. Значения φ(С) приведены на графике (рисунок ІІІ.5-6.2.).

Теория электрического пробоя и экспериментальные данные показывают, что у большинства диэлектриков электрическая прочность в определенном температурном интервале остается неизменной и далее уменьшается по экспоненциальному закону (рисунок ІІІ.5-6.3.).

Некоторое увеличение электрической прочности у ряда диэлектриков при небольшом нагреве объясняется удалением влаги из диэлектрика. При превышении предельно допустимых температур нагрева имеет место физическое разрушение материала. С ростом температуры диэлектриков ухудшаются и их механические характеристики, такие как прочность при сжатии, растяжении, изгибе, ударная вязкость, твердость и эластичность. Следует отметить, что электроизоляционные свойства диэлектриков сильно зависят от их строения. Так, свойства неполярных пластиков (полиэтилена, полистирола, дивинильного каучука и т. д.) мало зависят от температуры, в то время как свойства полярных диэлектриков существенно зависят от температуры. На повышение температуры различно реагируют также термореактивные и термопластические материалы.