Объемная и поверхностная проводимость

Для твердых диэлектриков (изоляционные материалы) необходимо различать объемную и поверхностную проводимость.

Для оценки проводимостей пользуются значениями удельного объемного сопротивления r и удельного поверхностного сопротивления r_S.

По этим показателям определяют удельную объемную проводимость и удельную поверхностную проводимость.

Для плоского образца материала в однородном поле удельное объемное сопротивление (Ом м) рассчитывается по формуле:

, (3.10)

где R - объемное сопротивление образца, Ом; S - площадь электрода, м²; h - толщина образца, м.

Удельная объемная проводимость g определяется в сименсах на метр.

Удельное поверхностное сопротивление рассчитывается по формуле:

, (3.11)

где R_S - поверхностное сопротивление образца, Ом, между параллельно поставленными электродами шириной d, отстоящими друг от друга на расстоянии t.

Удельная поверхностная проводимость g_S измеряется в сименсах.

Полная проводимость твердого диэлектрика, соответствующая его сопротивлению изоляции, складывается из объемной и поверхностной проводимостей.

Электропроводность изоляционных материалов обуславливается состоянием вещества: газообразным, жидким или твердым, а также зависит от влажности и температуры окружающей среды. Некоторое влияние на проводимость диэлектриков оказывает также напряженность поля в образце, при которой проводится измерение.

При длительной работе под напряжением ток через твердые и жидкие диэлектрики с течением времени может уменьшаться или увеличиваться.

Уменьшение тока со временем говорит о том, что электропроводность материала была обусловлена ионами посторонних примесей и уменьшалась за счет электрической очистки образца. Увеличение тока со временем говорит об участии в нем зарядов, являющихся структурными элементами самого материала, и о протекающем в нем под напряжением необратимом процессе старения, способном постепенно привести к разрушению - пробою диэлектрика.

Вид электропроводности устанавливают экспериментально, используя закон Фарадея. Ионная электропроводность сопровождается переносом вещества.

При больших напряженностях поля необходимо учитывать возможность появления в кристаллических диэлектриках электронного тока, быстро возрастающего с увеличением напряженности поля, вследствие чего закон Ома нарушается.

При напряженности поля выше 10-100 МВ/м, зависимость удельной проводимости от напряженности поля может быть выражена электрической формулой Пуля:

, (3.12)

где E - напряженность поля; - удельная проводимость в области которой соблюдается закон Ома; - коэффициент, характеризующий материал.

Керамика в отличии от органической изоляции практически не стареет, но в электрическом поле наблюдается электрохимическое старение, часто вызывающее потерю ее электрической прочности (выход кислорода из кристаллической решетки).