Электрическая проницаемость

1.5. ПРОВОДНИКОВЫЕ И ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ. СОПРОТИВЛЕНИЕ ПРОВОДНИКОВ И ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ ДИЭЛЕКТРИКОВ

Предельная напряженность поля, при которой происходит пробой диэлектрика, называется его электрической прочностью. Электрическая прочность зависит не только от свойств диэлектрика, но также от многих условий, в которых он работает, например от рода тока, скорости изменения и времени воздействия электрического поля, температуры и влажности.

Сведения об электрической прочности диэлектриков приводятся в справочной литературе. В качестве примера укажем, что при длительном воздействии электрического поля с частотой / = 50 Гц электрическая прочность воздуха 2 — 3, дерева 2,5 — 5, резины мягкой 15 — 25, трансформаторного масла 16 — 20, фарфора 15 — 20 МВ/м.

1.5. Проводниковые и электроизоляционные материалы. Сопротивление проводников и электрическая прочность диэлектриков ............. 14

Таблица 2,2. Диэлектрическая проницаемость (относительная), электрическая прочность и удельное объемное сопротивление некоторых материалов

Естественное воздушное охлаждение применяется в сухих трансформаторах: теплота, выделяющийся в трансформаторе, отдается непосредственно окружающему воздуху. Вследствие плохой теплоотдачи распределение температуры в сухом трансформаторе может быть весьма неравномерным. Кроме того, низкая электрическая прочность воздуха (2,1 МВ/М) ухудшает условия изоляции в сухом трансформаторе; приходится считаться и с тем, что пыль, оседая на обмотках, существенно ухудшает их изоляцию. По этим причинам воздушное охлаждение применяется преимущественно в трансформаторах малой мощности и низкого напряжения. 228

Основное значение в настоящее время имеют масляные трансформаторы, у которых магнитопровод с обмотками помещен в стальной бак, наполненный тщательно очищенным минеральным маслом. Последнее, нагреваясь, циркулирует в баке и, омывая обмотки и магнитопровод, охлаждает их (конвекция). Электрическая прочность масла в несколько раз выше, чем воздуха (см. табл. 2.2), что позволяет значительно уменьшить расстояния от обмоток до магнитопррвода.

Объем масла в баке трансформатора во время работы значительно изменяется при нагревании и охлаждении. Когда масло сжимается, внутрь бака проникает влажный воздух и отдает влагу весьма гигроскопичному маслу. В результате на дне бака собирается слой воды, а электрическая прочность масла резко уменьшается. Кроме того, кислород воздуха вызывает процессы окисления в масле, также снижающие его электрическую прочность. Чтобы защитить масло от соприкосновения с воздухом, баки трансформаторов большой мощности наполняют маслом дойерху, а резервуаром для избытка нагретого масла служит расширитель (см. 9.3) — цилиндр из листовой стали. . Он укрепляется на крышке трансформатора и соединяется с баком трубопроводом, который заканчивается в расширителе несколько выше его дна. Объем расширителя составляет примерно 10% объема бака. Влага воздуха и осадки в большей части оседают на дне расширителя, откуда периодически удаляются через спусковой кран. Поверхность соприкосновения масла с воздухом и расширителе значительно меньше, чем в баке без расширителя; кроме того, масло здесь более низкой температуры и меньше-окисляется.

собой и укрепленные на изолирующей штанге 5; неподвижные верхние контакты 3, укрепленные на проходных изоляторах 2. Изолирующая штанга поднимается посредством рычажного приспособления 6, соединенного с длинным валом; последний снабжен маховичком или специальными тягами. Несущая подвижные контакты часть (траверса) выключателя отжимается книзу пружинами и действием собственной силы тяжести. Во включенном состоянии она удерживается специальным запорным механизмом (защелкой) привода выключателя. При освобождении запорного механизма подвижная часть падает вниз и создает два разрыва в цепи выключаемого тока (чаще применяются устройства с четырьмя или шестью разрьшами), между расходящимися контактами возникает электрическая дуга. Вследствие ее высокой температуры окружающие слои масла испаряются и разлагаются, образуя газовый пузырь вокруг расходящихся контактов. Таким образом, горение дуги происходит в газовой среде при повышенном давлении. Последнее обстоятельство создает благоприятные условия для гашения дуги, так как с повышением давления быстро возрастает электрическая прочность газовой среды. Ток в размыкаемой цепи переменного тока, для которой предназначен выключатель, каждые полпериода проходит через нулевое значение, а это способствует гашению дуги.

При каждом переходе тока через нуль дуга гаснет и каждый раз вновь восстанавливается до тех пор, пока электрическая прочность дугового промежутка не возрастет настолько, что восстанавливающееся между контактами напряжение не сможет его пробить. Процесс гашения дуги длится 10—15 полупериодов, т. е. 0,1—0,15 с.

Электрическая прочность изоляции при том же расстоянии между элементами проводящего рисунка не нарушается при напряжениях: 700 В в нормальных условиях; 500 В после воздействия относительной влажности 93±3%' при температуре 40±20iC в течение 2 сут.; 350 и 150 В после воздействия пониженного давления 53,6 и 0,67 кПа соответственно. Для внутренних слоев МПП указанные значения испытательного напряжения увеличиваются на 15%.

Покажем, что уравнение второго закона Кирхгофа для цепи переменного тока вытекает из основных уравнений электромагнитного поля. С этой целью обратимся к 1.7. Цепь ( 1.7) образована источником сторонней ЭДСе (t), являющейся функцией времени (область / с проводимостью у,), проводящей средой (область 2 с проводимостью у2) и конденсатором (область 3, электрическая проницаемость еа).

Проницаемость диэлектрическая абсолютная

Проницаемость диэлектрическая относительная

Относительная электрическая проницаемость ег . . . Электронное сродство %, эВ Длина Дебая /д, мкм . . Энергия оптического фоно-

§ 2.10. Емкость как параметр электрической цепи. Если между двумя проводящими телами / и 2, находящимися в диэлектрике с абсолютной электрической проницаемостью еа = е0е, где е0 = 8,86х х 1 О*12 Ф/м —электрическая постоянная вакуума; е — электрическая проницаемость диэлектрика, создана разность потенциалов <рх — ф2, то в пространстве, окружающем эти тела, существует электрическое поле (см. гл. 19). Поле в каждой точке характеризуется векторной величиной — напряженностью электрического поля ? и скалярной величиной — потенциалом <р (см. § 19.3).

Относительная электрическая проницаемость ферритов составляет несколько десятков. Свойства ферритов сильно зависят не только от состава и способа изготовления составных частей, но и от условий их спекания (температуры, давления и т. п.).

§ 4.15. Нелинейные конденсаторы—вариконды. В обычных конденсаторах обкладки разделены веществами, электрическая проницаемость е которых не зависит от напряженности электрического поля. Для них зависимость мгновенного значений заряда q на одной обкладке конденсатора от мгновенного значения напряжения между обкладками (кулон-вольтная характеристика) представляет собой прямую линию, а емкость не зависит от напряжения и.

Пространство между обкладками нелинейного конденсатора заполняют сегнетоэлектриком—веществом, электрическая проницаемость которого является функцией напряженности электрического поля. Впервые это свойство было обнаружено у кристаллов сегнетовой соли.

19.8р. Заряд равномерно распределен с плотностью р = = 10~4 Кл/м3 по объему бесконечно длинного цилиндра радиуса г&.= = 5 мм. Электрическая проницаемость окружающей среды и цилиндра 80.

Vj = 1 см расположен внутри другого бесконечно длинного цилиндра кругового сечения радиусом г2 = 3 см. Оси цилиндров параллельны. Расстояние между геометрическими осями Ь = 1,5 см ( 19.2, г). Относительная электрическая проницаемость диэлектрика, расположенного между цилиндрами, е = 4. Между цилиндрами приложено постоянное напряжение U = 200 В.

Расстояние между электродами d = 0,5-10~2 м. Электроды представляют собой квадраты со стороной / = 0,1 м. Относительная электрическая проницаемость диэлектрика е = 1. Пренебрегая краевым эффектом, найти полный объемный заряд, скопившийся между электродами.