|
| |
|
Слаботочка Книги степень изменения свойств материалов дри их увлажнении оказывает влияние и форма распределения влаги в объеме материала. Общие закономерности -изменения свойств материалов нри объемном увлажнении сводятся к следующему. В случае образования в материале сплошных каналов влаги или увлажненных участков, замыкающих электроды, свойства материалов в процессе увлажнения претерпевают резкие изменения. В этом случае •реализуется схема замещения с параллельным соединением сухих н увлажненных участков. Напряжение, приложенное к такому диэлектрику, будет одинаковым для увлажненных и сухих участков или каналов, и все электрические характ0рист.иии материала будут определяться увлажненными каналами. Электрическая прочность будет соответствовать прочности самого увлажненного канала независимоот их количества. Удельное объемное сопротивление диэлектрика .будет тем меньше, а относительная диэлектрическая проницаемость Вг и tg б тем выше, чем значительнее эти параметры изменяются inpn увлажнении -и чем больше суммарная площадь увлажненных каналов. Количество поглощенной материалом влаги еще .не определяет его влагостойшсти. Влияние влаги на материалы в значительной мере зависит .от того, каким образом влага распределяется в структуре .материала, какова форма ее раапределения. Под формой водяных включений -подразумевается та геометрическая форма, которая .определяется поляр.ностью материала .и плотностью упаковки его Молекул. Форма водяных включений может .изменяться от сферы, для неполярных материалов (фторопласт, полиэтилен), до вытянутого сфероида, для полярных (пластмассы сложной структуры), а полярные органические материалы при наличии •открытой пористости Имеют сплошные каналы (.бумага, электрокартон). .В случае сферических включений влияние влаги меньше, чем в случае вытянутых .нитеобразных Включений влаги. Потери энергии в материалах прОИсходят как при постоянном напряжении, так и При переменном, однако основными являются процессы, протекающие при переменном напряжении [14, 15]. Широкое .раз.витие техники высоких частот обусловливает необходимость использования новых электротехнических материалов, в том числе и .диэлектриков. Оценка их достоинств также производится с новых позиций. Для одних материалов в первую очередь учитываются высокочастотные свойства, для других - легкая управляемость характеристиками или, Наоборот, требуется стабильность характеристик при Воздействии высокой влажности, температуры и других факторов окружающей Среды. Различают полные и удельные диэлектрические потери. Полные диэлектрические потери представляют собой активную мощ-но.сть, рассеиваемую .во всем объеме диэлектрика. Удельные диэлектрические потери - это активная мощность, рассеиваемая в единице объема диэлектрика. Как полные, так и удельные диэлектрические потери пропорциональны tg6. -Поэтому tg6 характеризует диэлектрик с точки 18 зрения диэлектрических потерь в нем. При рассмотрении процессов, происходящих в диэлектриках под воздействием приложенного переменного напряжения, принято пользоваться эквивалентными схемами замещения диэлектрика. Реальный диэлектрик может быть представлен как идеальная емкость (емкость без потерь) и чисто активное сопротивление, последователвно или параллельно соединенные друг с другом. Для последовательной схемы замещения имеем: tgS = r„octuC„oc. (10): где Гпос и Спос - сапротивление и емкость последовательной цепи; (В - круговая частота. Для параллельной схемы tgs=---• ("): пар ш -Пар где Гдар И Спар - сопротивление и емкость параллельной цепи; С1 - круговая частота. Тангенс угла диэлектрических потерь диэлектрика можно выразить как отношение удельной активной проводимости диэлектрика •к его емкостной проводимости: Cuba где gi - удельная активная праводимасть на данной частоте, определяющая сквозную проводимость и активные составляющие поляризационных токов; ва - абсолютная диэлектрическая проницаемость. При tg 60,01 и при данной чйстоте можно считать материал реальным диэлектриком. Значение tg6 для высоиокачест-венных твердых неполярных диэлектриков от 10""* до 10~. Сорбируя воду, электроизоляционные материалы ухудшают свои диэлектрические параметры. Вместе с понижением электри- ческого сопротивления изоляции растут tg6 и Вг, уменьшается электрическая прочность диэлектрика. Диэлектрик, сорбирующий влагу, необходимо раооматривать как неоднчродную систему, в которой полупроводящими элементами является ВОда. Расчет классической системы с Полупроводящими включениями определенной формы показывает, что tg6 имеет максимум, расположение которого определяется электропроводностью и формой включения, а значение - количеством ПОглоЩвнной влаги. Способность сохранять неизменной степень поляризуемости характеризует влагостойкость диэлектриков. Поляризация диэлектриков есть процесс смещения и упорядочения зарядов в диэлектрике под воздействием внешнего электрического поля. .Полная эквивалентная схема диэлектрика, в котором существуют различные механизмы поляриэации, приведена на рис. 8. Подключение того или иного вида поляризации, усиление или снижение полярных свойств диэлектриков зависит от физического состояния диэлектриков, условий окружающей среды, величины напряженности и частоты приложенного электричесмого поля.
ИгтВемные Замедленные Рис. 8. Эквивалентная схема диэлектрика сложного состава с различными механизмами поляризации. и - источник напряжения; Со, Qo - емкость и заряд в вакууме; Сд - емкость, обусловленная электронной поляризацией; Qg - заряд, обусловленный электронной полярнза1у1ей; - емкость, обусловленная ионной поляризацией; Q„ - заряд, обусловленный ионной поляризацией; Сдр -емкость, обусловленная дн-польно-релаксационной поляризацией: вдр - заряд, обусловленный дипольно-релаксационной поляризацией; Ндр - со-противлеине, эквивалентное потерям энергии при , днпольно-релаксационной поляризации; Сдр - емкость, обусловленная иоино-релаксационной поляризацией; Qp - заряд, обусловленный ионно-релаксационной поляризацией; Нр -сопротивление, • эквивалентное потерям энергии прн ионно-релаксационной поляризации; Сэр - емкость, обусловленнан электронно-релаксационной поляризацией; Qgp - заряд, обусловленный электронно-релаксационной поляризацией; Лэр ~ сопротивление, эквивалентное потерям энергии при электронно-релаксационной поляризации; С, - емкость, обусловленная миграционной поляризацией; Qm - заряд, обусловленный миграционной поляризацией; Н,, - сопротивление, вквнзалентное потерям энергии при миграционной поляризации; Cg„ - емкость, обусловленная спонтанной поляризацией; Q(.n~~ заряд, обусловленный спонтанной поляризацией; Нд - сопротивление, эквивалентное потерям энергии при спои-гаиной поляризации; Hg - сопротивление электрической изоляции сквозному току через диэлектрик. Степень поляризации диэлектриков оценивается абсолютной диэлектрической проницаемостью 8а, представляющей собой скалярную безразмерную величину для изотропного и тензорную для анизотропного вещества, равную отнощению модуля электрического смещения к модулю напряженности электрического поля. Основной причиной, вызывающей дестабилизацию резонансных частот контуров в условиях повышенной влажности, является увеличение емкости составляющих контур элементов. Из общетехнического расчета емкости конденсаторов следует, что увеличение емкости может происходить только в связи с увеличением диэлектрической проницаемости диэлектрика: З.бзхЛ (12) где S - площадь электрода-, h - толщина диэлектрика; Вг - относительная диэлектрическая проницаемость материала, равная отношению абсолютной диэлектрической проницаемости к электрической постоянной. Из формулы (12) следует, что остальные члены, кроме 8г, определяются исходя иа конструктивных размеров конденсатора и не изменяются при увлажнении, следовательно, емкость конденсатора увеличивается в условиях влажной среды пропорционально увеличению относительной диэлектрической проницаемости изоляционного материала. Поляризационные процессы смещения любых связанных зарядов в веществе, протекая во времени до момента установления равновесного состояния, вызывают поивление поляризационных токов, или токов смещения, в диэлектриках. Токи смещения при электронной и ионной поляризациих весьма кратковре-мениы и не регистрируются измерительными приборами. Токи смещения при 20 0 1 2 3 4 [5] 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 |