Диэлектрическая прочность диэлектриков; Школа для инженеров-электриков: электротехника и электроника - услуги электромонтажа, строительства и ремонта

Диэлектрическая прочность твердых диэлектриков

Содержание

Диэлектрическая прочность изоляционных материалов

Диэлектрическая прочность диэлектрика определяет способность данного диэлектрика выдерживать приложенное к нему электрическое напряжение. Таким образом, диэлектрическая прочность – это среднее значение напряженности электрического поля, Epr, при котором в диэлектрике происходит электрический пробой.

Диэлектрический пробой – это явление, при котором электропроводность материала быстро увеличивается при приложении к нему напряжения, в результате чего образуется проводящий плазменный канал.

Электрический пробой в жидкостях или газах также называется электрическим разрядом. Фактически, такой разряд создается током разряда конденсатора, сформированного из электродов, к которым приложено пробивное напряжение.

В данном контексте напряжение пробоя Uпр – это напряжение, при котором начинается электрический пробой, и поэтому электрическая прочность может быть определена по следующей формуле (где h – толщина пробиваемого образца):

Конечно, напряжение пробоя в каждом случае связано с электрической прочностью данного диэлектрика и зависит от толщины зазора между электродами. Следовательно, с увеличением межэлектродного промежутка увеличивается и напряжение пробоя. В жидких и газообразных диэлектриках пробивное напряжение развивается по-разному.

Электрическая прочность газообразных диэлектриков

Ионизация – процесс превращения нейтрального атома в положительный или отрицательный ион.

В процессе распада большого зазора в газовом диэлектрике несколько стадий следуют одна за другой:

1. в газовом промежутке в результате фотоионизации молекулы газа свободный электрон выходит непосредственно из металлического электрода или случайно.

2. Свободный электрон, появляющийся в зазоре, ускоряется электрическим полем, его энергия увеличивается и в конечном итоге становится достаточной для ионизации нейтрального атома при столкновении с ним. Другими словами, происходит ударная ионизация.

(3) Электронная лавина создается и развивается в результате повторяющихся актов ударной ионизации. 4.

Создается стример – плазменный канал, образованный положительными ионами, оставшимися после электронной лавины, и отрицательными ионами, которые теперь втягиваются в положительно заряженную плазму.

5) Емкостной ток, протекающий через струю, вызывает термоионизацию, и струя превращается в лидер.

6.Когда разгрузочный зазор закрывается разгрузочным каналом, происходит основное разряжение.

Если разрядный промежуток достаточно мал, процесс распада может завершиться уже на стадии лавинного распада или на стадии формирования струи – искрения.

Электрическая прочность газов определяется:

Расстояние между электродами;

Давление в проникающем газе;

Сродство к электрону молекул газа, электроотрицательность газа.

Взаимосвязь с давлением объясняется следующим образом. При увеличении давления в газе расстояние между его молекулами уменьшается. Электрон, ускоряясь, должен получить на гораздо более коротком свободном пути ту же энергию, которой достаточно для ионизации атома.

Эта энергия определяется скоростью электрона во время столкновения, а эта скорость развивается ускоряющей силой, действующей на электрон со стороны электрического поля, т.е. его напряженностью.

Кривая Пашена представляет собой зависимость напряжения пробоя Uпр в газе от произведения расстояния между электродами и давления – p*h. Например, для воздуха с p*h = 0,7 паскалей*метр, напряжение пробоя составляет около 330 вольт. Увеличение напряжения пробоя слева от этого значения связано с тем, что вероятность столкновения электрона с молекулой газа уменьшается.

Сродство к электрону – это способность определенных нейтральных газовых молекул и атомов присоединять друг к другу дополнительные электроны и становиться отрицательными ионами. В газах, имеющих атомы с высоким сродством к электрону, в электроотрицательных газах, электронам требуется больше энергии ускорения для образования лавины.

Известно, что в нормальных условиях, т.е. при нормальной температуре и давлении, электрическая прочность воздуха в пространстве 1 см составляет около 3000 В/мм, но при давлении 0,3 МПа (3-кратное нормальное давление) электрическая прочность того же воздуха становится близкой к 10000 В/мм. В случае изолирующего газа, электроотрицательного газа, диэлектрическая прочность при нормальных условиях составляет около 8 700 В/мм. При давлении 0,3 МПа оно достигает 20 000 В/мм.

Пробивная способность жидких диэлектриков

Диэлектрическая прочность жидкостей не связана напрямую с их химическим составом. Главное, что влияет на механизм распада в жидкости, – это очень близкое расположение ее молекул по сравнению с газом. В жидком диэлектрике ударная ионизация, характерная для газов, невозможна.

Энергия ударной ионизации составляет около 5 эВ, и если выразить эту энергию как произведение напряженности электрического поля, заряда электрона и длины свободного пробега, которая составляет около 500 нанометров, а затем рассчитать по ней электрическую напряженность, то получится 10000000 В/мм, тогда как фактическая электрическая напряженность для жидкостей находится в диапазоне от 20000 до 40000 В/мм.

Электрическая прочность жидкостей фактически зависит от количества газа в этих жидкостях. Она также зависит от состояния поверхности электродов, к которым прикладывается напряжение. Разрушение в жидкости начинается с распада мелких пузырьков газа.

Газ имеет гораздо меньшую диэлектрическую проницаемость, поэтому напряжение в пузырьке выше, чем в окружающей жидкости. В то же время электрическая прочность газа ниже. Разряды в пузырьках приводят к их увеличению, и в конечном итоге, в результате частичных разрядов в пузырьках, жидкость разрушается.

Примеси играют большую роль в механизме разрушения жидких диэлектриков. Рассмотрим, например, трансформаторное масло. Сажа и вода, являясь токопроводящими включениями, снижают электрическую прочность трансформаторного масла.

Хотя вода обычно не смешивается с маслом, крошечные капельки в масле поляризуются под воздействием электрического поля и образуют цепочки с более высокой проводимостью, чем в окружающем масле, так что масло в конце концов прорывает цепочку.

Для определения электрической прочности жидкости в лаборатории используются электроды в виде полусфер, радиус которых в несколько раз превышает расстояние между ними. В зазоре между электродами создается однородное электрическое поле. Типичное расстояние составляет 2,5 мм.

Для трансформаторного масла напряжение пробоя должно быть не менее 50 000 вольт, а лучшие образцы имеют значение напряжения пробоя 80 000 вольт. Помните, однако, что в теории ударной ионизации это напряжение должно быть между 2000000 и 3000000 вольт.

Поэтому для повышения диэлектрической прочности жидкого диэлектрика необходимо:

Удалите из жидкости твердые проводящие частицы, такие как углерод, сажа и т.д;

Удалите воду из жидкого диэлектрика;

Дегазация жидкости (эвакуация);

Повысьте давление в жидкости.

Электрическая прочность твердых диэлектриков

Диэлектрическая прочность твердых диэлектриков зависит от времени, в течение которого прикладывается напряжение пробоя. Они различаются в зависимости от времени приложения напряжения к диэлектрику и физических процессов, происходящих за это время:

Электрический пробой, происходящий в течение доли секунды после подачи напряжения;

Тепловое разрушение происходит в течение нескольких секунд или даже часов;

Частичное разрушение вследствие частичных разрядов, при времени воздействия более одного года.

Механизм распада в твердом диэлектрике включает в себя разрыв химических связей в веществе под воздействием приложенного напряжения, превращающего вещество в плазму. Это означает, что мы можем говорить о пропорциональности между диэлектрической прочностью твердого диэлектрика и энергией его химических связей.

Твердые диэлектрики часто превышают диэлектрическую прочность жидкостей и газов, например. Изоляционное стекло имеет электрическую прочность около 70 000 В/мм, поливинилхлорид – 40000 В/мм и полиэтилен – 30000 В/мм.

Тепловое разрушение вызывается нагревом диэлектрика вследствие диэлектрических потерь, когда энергия потерь превышает энергию, рассеиваемую диэлектриком.

При повышении температуры количество носителей увеличивается, проводимость возрастает, угол потерь увеличивается, поэтому при дальнейшем повышении температуры диэлектрическая прочность уменьшается. В результате диэлектрик нагревается, и пробой происходит с меньшей мощностью, чем если бы он не нагревался, т.е. если бы пробой был чисто электрическим.

Если вам понравилась эта статья, пожалуйста, поделитесь ею в социальных сетях. Это поможет нашему сайту сильно вырасти!

Напряженность однородного электрического поля, при которой происходит пробой диэлектрика. При определении э.п., чтобы исключить тепловой отказ, необходимо смотреть на.

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ, Напряженность однородного электрического поля, при которой происходит пробой диэлектрика. диэлектрический пробой. Чтобы избежать теплового пробоя, измерения обычно проводятся в импульсном режиме, но импульсы напряжения должны быть достаточно длинными, чтобы процессы, вызывающие пробой диэлектрика, происходили без перенапряжения. Эти процессы представляют собой ударную ионизацию или туннелирование, или и то, и другое.

При напряжениях, превышающих Э.П., диэлектрик становится проводящим (когда напряженность электрического поля E Е достигает пробивной силы E Е_pr, проводимость быстро увеличивается). Переход в проводящее состояние часто приводит к разрушению материала из-за перегрева. E. p. Все газы, включая пары металлов, твердые и жидкие диэлектрики. Слюда, кварц и другие хорошие диэлектрики имеют Э.П. до 10 6 -10 7 в/см; Э.п. тщательно очищенных и отожженных жидких диэлектриков также достигает 10 6 в/см; В газах э.п. зависит от давления и других условий и составляет порядка 1 см/см для воздуха при нормальных условиях и толщине слоя см толщины приблизительно. 3-Ю 4 в/см; В полупроводниках (Ge, Si) э.п. порядка 10 5 в/см, Однако при очень низких температурах, когда распад вызван ударной ионизацией примесей, э.п. в Ge составляет порядка 5 в/см.

Смотреть что такое “ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ РЕЗИСТАНЦИЯ” в других словарях:

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ

Напряженность однородного электрического поля, при которой происходит пробой диэлектрика. При определении Э.П. исключить тепловой отказ.

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ

7.2 Электрическая прочность Сразу после испытания сопротивления изоляции токоведущие и доступные части должны быть подвергнуты испытанию постоянным напряжением.

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ

Напряженность однородного электрического поля Тп, при которой происходит пробой. Слюда, кварц и другие “хорошие” диэлектрики обладают высокой электрической прочностью. ” и другие хорошие диэлектрики имеют ЭДС = 1.

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ

это свойство диэлектриков, характеризующее напряженность однородного электрического поля, при которой происходит электрический пробой, т.е. резкий, скачкообразный спад магнитного поля.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ

жесткость f (di)eletrica, potere m dielettrico

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ НАПРЯЖЕННОСТЬ, минимальная напряженность однородного электрического поля, при которой происходит пробой диэлектрика.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПЛОТНОСТЬ – это минимальная напряженность однородного электрического поля, при которой происходит пробой диэлектрика.

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ

Минимальная напряженность однородного электрического поля, при которой происходит пробой диэлектрика.

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПЛОТНОСТЬ, минимальная напряженность однородного электрического поля, при которой происходит пробой диэлектрика.

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ

Неустойчивость паруса, (изоляция) Неустойчивость паруса

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ

Диэлектрическая прочность, электрическая прочность* * * Электрическая прочность

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ

– Минимальная напряженность однородного электрического поля, при которой происходит пробой диэлектрика.

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ

Минимальная напряженность однородного электрического поля, при которой происходит пробой диэлектрика.

Прочность электрической изоляции является фундаментальным и ключевым показателем безопасной и надежной работы электрического устройства в частности и электрической системы в целом. Во время и после производства на заводе, а также после транспортировки электрооборудования и его монтажа на месте неоднократно проверяется прочность изоляции.

Из чего состоит испытание изоляции и как оно выглядит?

При проведении ремонтных работ на установке, например, следует помнить, что из-за потенциального риска повреждения изоляции на каждом этапе необходимо проверять прочность изоляции после каждого этапа процесса. Время испытания определяется в соответствии с ГОСТ 183-74 и составляет одну минуту. Более короткое время может привести к тому, что дефект не будет обнаружен, более длительное время создает риск повреждения изоляции. Поэтому уровень напряжения также должен быть таким, чтобы можно было обнаружить неисправности и дефекты, но при этом не возникало новых неисправностей в результате самого испытания.

Испытание сопротивления изоляции должно проводиться только после завершения процедуры измерения сопротивления изоляции. Значения измерений должны полностью соответствовать предписаниям. Если электроустановка влажная или грязная, не рекомендуется проводить такое испытание, так как эти субъективные факторы могут привести к пробою изоляции, что исказит истинное состояние электроустановки.

Лучший способ организовать и провести испытания изоляции – доверить их высококвалифицированным специалистам, которые предоставляют услуги специализированных электротехнических лабораторий в дополнение к лицензиям, разрешениям и сертификатам, необходимым для такой деятельности. На небольшом, национальном уровне без этого еще можно обойтись, но для получения разрешений от регулирующих и проверяющих органов без лабораторных испытаний не обойтись.

Наша компания предлагает своим клиентам широкий спектр лабораторных исследований, гарантируя высокое качество работы, строгое соблюдение сроков и доступные цены. Обратившись к нам, вы можете быть уверены, что останетесь довольны результатом.

Пример технического отчета

Для расчета стоимости услуг электролаборатории вы можете воспользоваться приведенным ниже онлайн-калькулятором.

Согласно Википедии, диэлектрическая прочность определяется следующим образом:

Диэлектрическая прочность, что это такое и как ее измеряют?

Согласно Википедии, диэлектрическая прочность определяется следующим образом:

Электрическая прочность – это характеристика диэлектрика, минимальная напряженность электрического поля, при которой происходит электрический пробой. Все газы, все твердые тела и жидкости имеют конечную диэлектрическую прочность. Когда напряженность электрического поля превышает напряженность диэлектрического поля, диэлектрик начинает проводить электричество.

В физике понятие диэлектрической проницаемости имеет следующий смысл:
Максимальная электрическая нагрузка, которую диэлектрический материал может выдержать без повреждения

Для продуктов LPS Laboratories, особенно для очистителей контактов, мы проверяем, сколько вольт требуется для того, чтобы продукт начал проводить электричество. Проверьте диэлектрическую прочность следующим образом: налейте средство для очистки контактов в контейнер, поместите один контакт в жидкость, поместите другой контакт в жидкость с противоположной стороны контейнера, между двумя контактами нет прямого контакта, только через жидкость. Постепенно увеличивайте напряжение до тех пор, пока напряжение не увеличит диэлектрическое сопротивление жидкости, цепь замкнется и лампочка загорится. Количество вольт, при котором цепь замыкается (электричество проходит между двумя контактами, погруженными в жидкость), является диэлектрической прочностью жидкости. (См. схему ниже).

Почему это важно? Если вы электрик или энергетик, знание напряжения оборудования, которое вы очищаете, и диэлектрической прочности очистителя поможет вам работать безопасно. Например: бытовая розетка имеет напряжение 220 В. Для его очистки требуется чистящее средство с диэлектрической прочностью более 220 В. Ассортимент LPS включает множество очистителей контактов с диэлектрической прочностью от 9000 В до более 45 000 В. Знаете ли вы, какой очиститель контактов имеет диэлектрическую прочность 47,5 кВ (45 000 В)?

Магнитное поле

Теоретическая основа

Из различных газов воздух имеет наибольшее техническое применение в качестве диэлектрика, так как он является естественным изолятором в большинстве электрических конструкций: трансформаторы, конденсаторы, воздушные выключатели, линии электропередач.
Как диэлектрик, воздух обладает положительными свойствами: он быстро восстанавливает свою электрическую прочность после повреждения, его диэлектрическая проницаемость изменяется очень незначительно, а диэлектрические потери очень малы (tgδ=10). Отрицательные свойства воздуха как диэлектрика: низкая теплопроводность 0,00025-0,00036 Вт/см*С, низкая электрическая прочность по сравнению с твердыми и жидкими диэлектриками, способность смачиваться, образовывать оксиды, поддерживать горение. Электрическая сила воздуха непостоянна и зависит от многих факторов: давления, влажности, формы поля между электродами, температуры, химического состава газа.

Наиболее важными из них являются:

1) форма электродов и способ их включения в цепь, что определяет характер поля в зазоре между электродами;

2) плотность и влажность воздуха;

3) тип подаваемого напряжения (постоянное, переменное промышленной частоты, высокочастотное и импульсное).

Механизм разложения газа в однородном поле.

Газы имеют очень низкую проводимость при малых напряженностях электрического поля из-за большого количества носителей заряда в атмосферном воздухе, поэтому при приложении небольшой разности потенциалов к воздушному зазору в нем будет протекать ток, который практически незаметен и не влияет на изолирующую способность воздуха.

Небольшое количество содержащихся в газе положительных и отрицательных ионов и электронов, которые, как и нейтральные молекулы газа, находятся в беспорядочном тепловом движении, под воздействием поля получают определенную дополнительную скорость и начинают двигаться в направлении поля или против него, в зависимости от знака заряда. В этом процессе заряженная частица получает энергию.

Магнитное поле

Где q – заряд, Uλ – разность потенциалов на длине свободного пути.

Если поле достаточно, то можно предположить, что

Где E – напряженность поля, l – среднее расстояние, пройденное заряженной частицей без столкновения, т.е. длина свободного пути λ.

Наиболее распространенными из них являются:

Примеры расчетов

Для расчета диэлектрической прочности любого диэлектрика необходимо знать условия эксплуатации и геометрические параметры, которые затем сравниваются с табличными данными. Например, если у нас есть воздушный диэлектрический зазор длиной 2 см, к которому будет приложено напряжение 20 кВ.

Затем мы рассчитываем напряженность электромагнитного поля по формуле:

где E – напряженность поля, U – напряжение в электрической цепи, d – толщина изолирующего слоя.

Фото 4. Пример расчета

Тогда напряженность поля для этого примера будет равна E = 20/2 = 10 кВ/см. Затем сравните полученное значение с электрической прочностью для воздуха из приведенной ниже таблицы:

Таблица: Электрическая прочность материалов

Название диэлектрического материала	Диэлектрическая прочность, кВ/см
Сухая бумажная проволока	60 – 90
Промасленная бумага	100 – 250
Воздух	30
Трансформаторное масло	50 – 180
Миканит	150 – 300
Мрамор	35 – 55
Парафин	150 – 300
Гипсокартон	80 – 100
Промасленный картон	120 – 170
Мусковитовая слюда	1200 – 2000
Слюда флогопит	600 – 1250
Стекло	100 – 400
Волокно	40 – 110
Фарфор	180 – 250
Шифер	15 – 30
Эбонит	80 – 100

Как видно из таблицы, прорыв воздуха может начаться при 30 кВ/см. Наши расчеты показывают значение 10 кВ/см, что означает, что изоляция нормально выдержит такой режим работы.

Читайте далее: