Електрична міцність полімерів

 

При підвищенні напруженості електричного поля, прикладеного до діелектрика, спостерігається, згідно закону Ома, пропорційне збільшення електропровідності діелектрика. Проте, в області достатніх сильних полів (10⁷–10⁸ В/см) струм наростає швидше, ніж за законом Ома. Потім при деякому значенні напруженості поля струм збільшується стрибком до дуже великих значень – відбувається пробій діелектрика. При цьому утворюється провідний канал і діелектрик втрачає електроізоляційні властивості. Значення напруженості електричного поля Е _пр, при якій відбувається пробій діелектрика, називається електричною міцністю. Розрізняють три основні види пробою твердих діелектриків: електричний, тепловий та електрохімічний.

Електричний пробій викликається утворенням під дією високої напруги електронної лавини. Лавиноподібне зростання кількості носіїв струму приводить до пробою діелектрика. Оскільки гальмування електронів зростає з підвищенням температури, то це, згідно емісійної теорії, приводить до деякого збільшення електричної міцності. У електричних полях пробій наступає як наслідок відриву зв’язаних електронів, які стають здатними проводити електричний струм при наданні їм енергії поля.

Тепловий пробій наступає внаслідок прогресивно наростаючого виділення тепла в діелектрику за рахунок діелектричних втрат. Тепло, що виділяється, підвищує локальну провідність, що сприяє ще більшому нагріву. Оскільки діелектрики є поганими провідниками тепла, нагрівання протікає лавиноподібно і приводить до теплового пробою. Висока початкова температура і велика товщина досліджуваних зразків також сприяють його виникненню. Якщо діелектрик знаходиться в змінному електричному полі високої частоти, то ймовірність теплового пробою зростає у результаті підвищеного виділення тепла.

Електрохімічний пробій (електричне старіння) відбувається при нижчій напрузі у порівнянні з пробивною напругою при електричному і тепловому пробоях. Під дією електричного поля або електричних розрядів у навколишньому середовищі повільні зміни хімічного складу і структури полімерного діелектрика приводять до електрохімічного пробою.

Залежно від природи полімерного діелектрика і умов його дослідження можливі самі різні форми пробою. Електрична міцність полімерного діелектрика залежить від чистоти полімеру, частоти і форми кривої прикладеної напруги, тривалості дії, температури, форми і матеріалу електродів. Електрична міцність полімеру при змінній напрузі менша, ніж при постійній. Вимірювання електричної міцності полімерних діелектриків проводять з метою оцінки надійності електричної ізоляції і вивчення електричного старіння полімерів.

Опис приладу

Тераомметр Е6-13А призначений для вимірювання опору постійному струму у діапазоні від 10 до 10¹⁴ Ом. Метод вимірювання, який застосовується у приладі, оснований на порівнянні вимірюваного опору з еталонним за допомогою підсилювача, у якому забезпечується зворотній зв’язок. В якості операційного підсилювача використовується балансний підсилювач постійного струму. Основні технічні елементи, які потрібні для вимірювання даним приладом, приведені на рис. 1.

Рис. 1. Схематичне зображення приладу Е6-13А (а) та його зовнішній вигляд (б). 1 – високоомне вхідне гніздо; 2 – вхідне гніздо; 3 – клема для підключення екрану; 4 – ручка точного встановлення нуля; 5 – кнопка замикача входу; 6 – вимикач живлення; 7 – індикатор увімкнення приладу; 8 – перемикач діапазонів вимірювань; 9 – коректор механічного нуля; 10 – індикатор увімкнення вимірювальної напруги 10 В.

Для вимірювання питомих електричних опорів використовуються різні схеми підключення вимірювальної комірки з електродами до тераомметра. На рис. 2. зображені схеми під’єднання при вимірюванні об’ємного (а) та поверхневого (б) питомих опорів.

 

Методика виконання роботи

 

1. Ознайомитися з правилами техніки безпеки при роботі з електричними приладами.

2. Виміряти діаметри електродів, які використовуються в роботі.

3. За допомогою мікрометра виміряти товщину зразка і помістити його в електродний пристрій вимірювальної комірки.

4. Для вимірювання об’ємного електричного опору електроди підключають до вимірювального приладу згідно рис. 2а.

5. Для вимірювання поверхневого електричного опору електроди підключають до вимірювального приладу згідно рис. 2б.

Рис. 2. Схеми підключення електродів до досліджуваного зразка і тераомметра при вимірюванні об’ємного (а) і поверхневого (б) електричного опору зразка. 1, 2, 3 – входи підключення тераомметра, які детально показані на рис. 1.; А, B, C – відповідно вимірювальний, охоронний і високовольтний електроди; D – досліджуваний зразок.

6. Вимірювання проводять відповідно до інструкції до вимірювального приладу.

7. Встановити ручкою (4) «УСТ.0 ТОЧНО» стрілку приладу на нульову відмітку шкали, а перемикач піддіапазонів (8) перевести в положення, яка відповідає вимірюваному опору.

8. На піддіапазонах від 10² до 10⁶ Ом, позначених на передній панелі як «ЛІНІЙНІ», відлік проводити за лінійними шкалами, а на піддіапазонах від 10⁶ до 10¹³ Ом – за оберненопропорційними шкалами.

9. При проведенні вимірювань за оберненопропорційними шкалами, вимірювальна напруга на вхідних гніздах може бути вибрана рівною 100 В або 10 В за допомогою перемикача, розташованого на задній панелі приладу.

10. При включенні вимірювальної напруги 10 В на передній панелі приладу світиться індикаторна лампочка (10) „* 0,1 [10 V]”. Це означає, що отриманий за допомогою приладу результат вимірювання слід помножити на 0,1. Наприклад, при положенні перемикача піддіапазонів „10¹⁰ Ом”, перемикача вимірювальної напруги „10 V”, стрілки приладу на відмітці 2 результат вимірювання рівний Ом.

11. При необхідності заземлення вимірюваного об’єкту з’єднайте його з клемою, розташованою на задній панелі приладу.