Процеси в багатошаровому діелектрику - Студопедія

В ізоляційних конструкціях часто застосовуються комбінації діелектриків, поєднання яких дозволяє отримати найбільш сприятливі властивості.

Дуже велике поширення набула шарувата ізоляція, до складу якої входять хвилясті матеріали типу паперу (кабелі, конденсатори, трансформатори тощо).

Погіршення якості шаруватої ізоляції відбувається шляхом однорідної зміни властивостей одного або декількох шарів, тоді як характеристики інших шарів залишаються практично незмінними. Це призводить до неоднорідності діелектрика та певного характеру зміни його ємності та діелектричних втрат.

- провідність

- діелектрична проникність

Розглянемо найпростішу модель неоднорідного діелектрика, що складається з 2 шарів, що мають різні та різні діелектричні проникності.

Якщо площа діелектрика дорівнює S, а товщина шарів відповідно і , то ємності та провідності шарів дорівнюють:

- абсолютна діелектрична проникність

- відносна діелектрична проникність

Припустимо, що результаті погіршення стану ізоляції (наприклад зволоження) провідність 1-го шару різко зростає, а 2-й шар залишився у стані, тобто. ( )

Тоді цієї моделі ізоляції можна порівняти схему заміщення:

Розглянемо перехідний процес у 2-х шаровому діелектрику, пов'язаний із перемиканням діелектрика на постійну напругу.

У момент t=0 (замикання) розподіл напруги між шарами визначатиметься лише їх ємностями:

При цьому на обкладинках обох конденсаторів будуть однакові заряди:

Якщо джерело, до якогопідключається діелектрик, достатньої потужності, то q заряд буде повідомлений діелектрику в дуже короткочасний проміжок часу, тобто. буде дуже короткочасний сплеск струму.

Після цього почнеться перехідний процес, оскільки конденсатор - зашунтований провідністю великої величини, конденсатор почне швидко розряджатися. В кінці, ємність повністю розряджається і вся напруга джерела U додана до ємності

- Постійна часу

Наприкінці перехідного процесу заряд на ємності стає:

,

тобто. діелектрику повідомляється додатковий заряд, який називається зарядом абсорбції

Завдяки цьому заряду в електричному ланцюзі з'явиться струм абсорбції:

(1)

Причому

Висновок: при включенні неоднорідного діелектрика на постійну напругу з'являється струм абсорбції, який можна виміряти

1 – однорідний діелектрик

2 – неоднорідний діелектрик

З рівняння (1) випливає, що зі збільшенням провідності дефектного шару виникає амплітуда струму абсорбції і водночас зменшується його тривалість рахунок зменшення постійної часу . Тому за осцилограмою струму абсорбції можна скласти певне уявлення про стан ізоляції.

На практиці вимірювати струм абсорбції незручно, оскільки він малий за величиною, а ще тому, що передує початковий сильний кидок струмів заряду, від якого доводиться захищати вимірювальні прилади. Тому користуються іншими способами виявлення явища абсорбції.

Одним з них єметод вимірювання поворотної напруги.

Намалюємо схему цього:

Та херня (кондер у кружечку) називається ел. осцилографом ЕО.

У вихідному стані обидва ключірозімкнуті. Замикаємо ключ К1 досить тривалий час, щоб перехідний процес закінчився ( буде = 0), розмикаємо ключ К1. Короткочасно замикаємо ключ К2, потім вимірюємо напругу на ізоляції (зразку). При замиканні зразка коротко зарядженого до напруги U конденсатор виявляється з'єднаним паралельно з розрядженим конденсатором. В результаті накопичений заряд миттєво розподіляється між шарами, пропорційно їх ємностям. Після розмикання коротливого ключа К2, напруга на всьому зразку на початку дорівнюватиме 0, так як напруга окремих шарів при послідовному з'єднанні компенсують один одного. Надалі ємність - буде розряджатися через свою провідність, тоді як напруга на конденсаторі залишається практично незмінною. Тому виміряне на зразку напруги поступово зростає, а потім дуже повільно падає до нуля (за рахунок того, що шар 2 все ж таки має, хоч малу, але кінцеву провідність).

Якщо є дефект ізоляції, то ЕО зафіксує:

Показником погіршення ізоляції є швидкість зростання напруги, що підвищується зі зростанням провідності першого шару. Амплітуда зростання напруги залежить від співвідношення ємностей шарів. Чим більша товщина дефектного шару 1, тим більше ємність → більше амплітуда поворотної напруги, таким чином амплітуда поворотної напруги є показником ступеня поширення дефекту в глиб ізоляції, а швидкість його наростання – показник ступеня погіршення ізоляції.

Вимірюванняі ємності для профілактики ізоляції.

Чи не знайшли те, що шукали? Скористайтеся пошуком:

---