Главная страница Наука Образование Ссылки Карта сайта Автор

       Реальные электроизоляционные конструкции далеко не всегда состоят из однородных диэлектриков. Они могут содержать композицию из разных диэлектриков или просто иметь границу раздела. Даже в этом случае появляются новые особенности поведения диэлектриков, в частности следует учитывать не только проводимость самих диэлектриков, но и границ раздела. Само по себе наличие границы не меняет проводимость конструкции, однако, поверхность неизбежно содержит химически активные элементы. В контакте с воздухом поверхность обогащается веществами, содержащимися в воздухе. Известно, что даже в контакте с чистым воздухом на ней адсорбируется вода, например на поверхности окислов может содержаться до 100 молекулярных слоев воды. В воду из воздуха могут попадать другие примеси, в частности углекислый газ. Вода с углекислым газом реагирует в соответствии с реакцией:

Н₂О + СО₂ « Н₂СО₃ « Н⁺ + НСО₃^-          (2.5)

Таким образом на поверхности появляются носители заряда (протоны и карбонат-ионы) и поверхность изолятора приобретает дополнительную проводимость. Поверхностная проводимость - проводимость, связанная с появлением и движением носителей заряда по поверхности диэлектрика.

На поверхности оборудования, эксплуатирующегося в наружных условиях, скапливаются промышленные и естественные загрязнения. Наибольшую проводимость дают цементирующиеся загрязнения в сочетании с т.н. “кислыми дождями”, а также естественные загрязнения в виде птичьего помета. При этом проводимость может достигать больших значений, фактически превращая электроизоляционную конструкцию в электропроводящую конструкцию. Например, сухая поверхность загрязненного изолятора обладает некоторой проводимостью, но, в целом, конструкция является диэлектриком. Если поверхность высоковольтного загрязненного изолятора увлажнена, то она обладает высокой проводимостью. Во влажную погоду проводимость по поверхности столь высока, что может поддерживать дуговой разряд. Так при неоднородном увлажнении или неоднородном высыхании весь перепад напряжения сосредоточивается на сухих участках, причем в этих областях возникают электрические микродуги.

Для описания протекания тока по поверхности вводят понятия удельной поверхностной проводимости или удельного поверхностного сопротивления.

По определению удельное поверхностное сопротивление означает сопротивление, измеренное между линейными электродами длиной 1 м, приложенными к поверхности на расстоянии 1 м друг от друга. При измерении электроды образуют две противоположные стороны квадрата. Размерность удельного сопротивления [r _п]=Ом или Ом/р; (Ом на квадрат). Последнее обозначение является устаревшим. Характерно, что при таком способе измерения значение сопротивления не зависит от размеров электродов.

Для неоднородных диэлектриков простая схема замещения конденсатора в виде параллельно соединенных R и C не годится. Для них строят более сложные RC цепочки. Рассмотрим несколько типичных случаев неоднородных диэлектриков.

В случае однородного диэлектрика с поверхностной проводимостью параллельно RC цепочке присоединяется дополнительное сопротивление R_п= r _п·d/l, где d - расстояние между электродами по поверхности изолятора, l - длина границы между электродом и изолятором (рис.2.2).

Схема замещения неоднородного диэлектрика может содержать не только последовательные, но и параллельные цепи. Для композиционных диэлектриков, состоящих из слоев диэлектриков разного типа, например слоев бумаги, пропитанных маслом, нужно учесть свойства обоих диэлектриков. Очевидно, что для бумажно-масляной изоляции можно предложить следующую схему (рис.2.3a). Физически эта схема моделирует каждый из слоев, имеющих разные диэлектрические проницаемости и удельные сопротивления, слои масла со своими e_м и r_м, слои бумаги со своими e_б и r_б.

Рис. 2.3. Схемы замещения двухслойного диэлектрика (а) и диэлектрика с абсорбционными токами (б).

Для описания реальных диэлектриков, помимо изложенных, используется смешанная схема замещения, которая для ряда сложных изоляционных объектов наиболее полно соответствует поведению изоляции. Обычно при подаче постоянного напряжения, ток через диэлектрик ведет себя следующим образом (Рис.2.4.): I=IҐ + I_абс, где IҐ -установившийся ток, I_абс - абсорбционный ток, который затухает во времени I_абс= I_абс0 exp(-t/t ).

Рис. 2.4.Абсорбционный и установившийся  ток в изоляции.

Абсорбционный ток - это часть тока через диэлектрик, которая экспоненциально затухает с течением времени. Природа абсорбционного тока сильно зависит от типа диэлектрика. Этот ток может быть связан с реальным током в составном диэлектрике, в более проводящей части диэлектрика, при этом ток приводит к зарядке менее проводящей части диэлектрика. Другой тип абсорбционного тока связан с характерными временами установления поляризации в диэлектрике. В этом случае постоянная  времени цепочки R2 C2 соответствует характерному времени установления поляризации. Схема рис.2.3 б соответствует обоим типам  абсорбционного тока,причем IҐ соответствует “сквозному” току через R1 , Iабс- току в цепочке R2 C2.

Главная страница Наука Образование Ссылки Карта сайта Автор