Що являє собою електрична міцність діелектрика? Спробуємо розібратися з даним терміном, виявити особливості даного показника.

Визначення

Діелектриками називають речовини, які погано або повністю не проводять електричний струм. Величина щільності в такому речовині носіїв заряду (електронів) не перевищує 108 штук на кубічний сантиметр. Основною характеристикою електроізоляційних матеріалів є їх здатність поляризуватися в зовнішньому полі. До діелектриків відносять газоподібні речовини, різні смоли, скло, полімерні матеріали. Хімічно чистим ізолятором є вода.

Характеристики діелектриків

До даної групи відносяться пироэлектрики, сегнетоэлектрики, релаксори, п'єзоелектрики. У сучасній техніці активно використовуються пасивні і активні властивості таких матеріалів, тому зупинимося на них докладніше. Пасивні властивості ізоляторів застосовуються в тих випадках, коли вони використовуються в звичайних конденсаторах. Електроізоляційними матеріалами вважають діелектрики, які не допускають втрати електричних зарядів. З їх допомогою можна відокремлювати один від одного електричні ланцюги, частини приладів від провідних частин. У таких ситуаціях діелектрична проникність не має особливої ролі. Активні (керовані) діелектрики - це пироэлектрики, сегнетоэлектрики, электролюминофори, матеріали для затворів і випромінювачів в лазерній техніці. Попит на діелектричні матеріали щорічно зростає. Причиною є збільшення потужності промислових підприємств і комерційних установ. Крім того, підвищений попит на діелектрики можна пояснити збільшенням кількості засобів зв'язку і різних електричних приладів. В техніці особливе значення відіграє електрична міцність ізоляторів, пов'язана з розташуванням молекул і атомів у кристалічній решітці.

Класифікація

При різних умовах діелектричний матеріал може проявляти різні ізоляційні характеристики, що визначає сфери його застосування. Наприклад, залежно від температури, змінюється електрична міцність.


В залежності від будови, виділяють органічні і неорганічні електроізоляційні матеріали. По мірі розвитку електротехнічної промисловості формувалося і виробництво діелектричних матеріалів з мінералів. Технологія за останній час настільки удосконалилася, що вдалося істотно знизити вартість продукції, у результаті мінеральні діелектрики витіснили хімічні і натуральні матеріали.

Мінеральні діелектричні матеріали

До таких сполук відносять:

Настановні, лужні, лампові, конденсаторні скла, що складаються із суміші різних оксидів. При внесенні оксидів алюмінію, кальцію, кремнію підвищується електрична міцність матеріалу.

Стеклоэмали – матеріали, в яких на металеву поверхню нанесений тонкий шар емалі.

Світловоди, що є особливим видом светопроводящего скловолокна.

Керамічні вироби.

Слюда.

Азбест.

Незважаючи на таке різноманіття електроізоляційних матеріалів, далеко не завжди одним діелектриком можна замінити іншою. Електрична міцність ізоляції є важливою властивістю, але не тільки на нього звертають увагу при підборі таких матеріалів. Особливу увагу також приділяють тепловим, механічним, іншим фізичним та хімічним властивостям, у тому числі і здібності до різних видів обробки, вартості, доступності матеріалів. Перевірка електричної міцності ізоляції здійснюється для того, щоб в максимальній мірі забезпечити безпеку функціонування приладів і пристроїв.

Електроізоляційні нафтові масла

Трансформаторне масло, вживане для силових трансформаторів, має максимальне поширення в електротехніці серед рідких ізоляційних матеріалів. Їм заповнюють пори в волокнистої ізоляції, відстані між обмотками, збільшує електричну міцність ізоляції, сприяє відведенню теплоти. Крім того, трансформаторне масло активно використовується в масляних вимикачах високої напруги. У таких апаратах між розбіжними контактами вимикача відбувається розрив електричної дуги, в результаті чого канал дуги швидко охолоджується і гаситься. Для одержання нафтових мінеральних електроізоляційних масел використовують нафту, проводячи її ступеневу перегонку з поетапним виділенням на кожному ступені фракції і детальної очищення від домішок з допомогою сірчаної кислоти, наступної промивки і сушки.
Електрична міцність такого масла являє собою величину, яка дуже чутлива до зволоження. Навіть при незначній домішки води в олії спостерігається істотне зниження даної фізичної величини. При дії електричного поля, відбувається втягування крапельок емульгованої води в ті місця, в яких напруженість поля має максимальне значення, в результаті чого і розвивається пробій. При різкому зниженні електричної міцності масла у ньому присутні не тільки молекули води, але і волокнисті домішки. Вони вбирають воду, що істотно позначається на електричних характеристиках рідкого діелектрика.

Кабельні масла

Їх застосовують у виробництві електричних силових кабелів. При просяканні їх паперової ізоляції маслами збільшується відведення втрат тепла. Існують різні типи кабельних масел. Наприклад, для просочення силових кабелів алюмінієвих і свинцевих оболонок використовують масло марки КМ-25 що має кінематичну в'язкість не менше 23 міліметрів в секунду, температури застигання не більше 1000 градусів. Для того щоб збільшити в'язкість масла, до нього додається каніфоль або синтетичний загусник.
Перш ніж використовувати діелектрик, проводять випробування електричної міцності ізоляції.

Рідкі синтетичні діелектрики

Ці електроізоляційні матеріали за деякими характеристиками перевершують нафтові масла. У них існує схильність до електричного старіння, що негативно позначається на властивостях під впливом електричного поля підвищеної напруженості. Для того щоб впоратися з подібною проблемою, просочення конденсаторів здійснюється полярним рідким діелектриком. Перевірка електричної міцності є обов'язковим заходом, що дозволяє підібрати найбільш ефективний вид ізолятора.

Хлоровані вуглеводні

Їх отримують з різних вуглеводнів при заміщенні одного або декількох атомів водню хлором. Як найпоширенішого виду таких діелектриків виступає хлорований дифеніл. Він володіє високою в'язкістю, має основні характеристики, відповідають ГОСТу. Електрична міцність цього ізолятора вище інших неполярних нафтових масел, тому при його використанні об'єм конденсатора зменшується практично в два рази. Серед переваг хлорованих дифенилов виділимо їх негорючість, а недоліками є висока токсичність і вартість. Серед недорогих вітчизняних матеріалів, які володіють відмінними ізоляційними характеристиками, виділимо суміш изобутена і його ізомерів (октол), одержувану в результаті крекінгу нафти.

Природні ізолятори

Каніфоль, є крихкою смолою, одержуваної з живиці, у своєму складі має органічні кислоти. Вона добре розчиняється у нафтових маслах, використовується в якості заливальних і просочувальних кабельних компаундів. Тонкий шар рослинної олії, потрапляючи на поверхню матеріалу, утворює тонку плівку, збільшуючи ізоляційні характеристики деталі.

Причини втрати електричної міцності

У тих діелектриках, які застосовуються на практиці, є вільні заряди. При переміщенні електронів збільшується електрична провідність. Оскільки зарядів трохи, ізолятори успішно проходять таке випробування. Електрична міцність ізоляторів визначає основні області їх промислового застосування. Ізоляція необхідна для ізоляції струму, регулювання температури, напруженості електричного поля, інших характеристик, якими володіють прилади і пристрої. Якщо в конденсаторі в якості діелектрика застосовується пьезоэлектрик, він під впливом змінного напруги змінює свої лінійні характеристики, перетворюється на генератор ультразвукових коливань.

Висновок

Технологія та особливості експлуатації радіоелектронного та електротехнічного обладнання визначають різні вимоги до параметрів діелектричних матеріалів. Застосовувані в практичних цілях ізолятори у своєму обсязі мають трохи електронів, тому при постійній напрузі вони пропускають мінімальний струм, називаний струмом витоку. Якщо при підвищенні напруги, прикладеної до ізоляції, значення напруженості поля в діелектрику буде перевищувати певну величину, ізолятор втрачає свої електроізолюючі характеристики. Наскрізний струм, який протікає через ізолятор, збільшується, а його опір знижується, в результаті чого спостерігається коротке замикання електродів. Подібне явище називають пробоєм діелектрика. У тому випадку, коли напруга, що прикладається до діелектрика, досягає критичного значення, спостерігається різке збільшення наскрізного струму, напруга на електродах зменшується, внаслідок незворотних змін знижується електричне опір ізолятора. В залежності від параметрів потужності та ізоляції енергії, після пробою виникає іскра, що призводить до плавлення, обгорання, розтріскування, а також іншим змінам і діелектрика, і електродів. При правильному підборі електроізоляційних матеріалів можна забезпечити безперебійну роботу електроприладів та технічних пристроїв.