Электрические свойства и характеристики материалов (общие)

Электрические характеристики позволяют оценить свойства материалов при воздействии на него электрического поля. Основное свойство электротехнических материалов по отношению к электрическому полю – электропроводность.

Электропроводность – это свойство материала проводить электрический ток под действием постоянного (не изменяющегося во времени) электрического напряжения.

1. Удельное электрическое сопротивление – это сопротивление материала длинной 1 м и поперечным сечением 1 м².

_{где γ – удельная проводимость материала, это проводимость материала длинной 1м и поперечным сечением 1м}²_{, 1/Ом∙м;}

q – величина заряда носителя (заряд электрона 1,6·10^-19), Кл;

n – количество носителей заряда в единице объёма;

µ – подвижность носителя заряда.

Чем больше значение ρ, тем меньше электропроводность материала.

Проводники ρ=10^-8÷10^-6.

Полупроводники ρ=10^-6÷10⁸.

Диэлектрики ρ=10⁸÷10¹⁸.

Сопротивление проводника – это конструктивная характеристика проводника, т.к. зависит от размеров и проводниковых свойств материала.

_{где ρ – удельное сопротивление материала, Ом∙м;}

l – длина проводника, м;

S – площадь поперечного сечения проводника, м².

2. Температурный коэффициент удельного сопротивления – показывает, на сколько изменится сопротивление материала в 1 Ом при нагревании его на 1 ⁰С.

При линейном изменении удельного сопротивления в узком интервале температур

где ρ – удельное сопротивление материала при температуре ;

ρ₀ – удельное сопротивление материала при начальной

температуре t₀, обычно принимается 20⁰С.

Если заменить удельное сопротивление на сопротивление

Чем больше значение α, тем в большей степени изменяется сопротивление проводника при изменении температуры.

Проводники α>0 с увеличением температуры удельное сопротивление материала увеличивается.

Полупроводники и диэлектрики α<0 с увеличением температуры удельное сопротивление материала уменьшается.

Основным свойством диэлектрических материалов является способность поляризоваться в электрическом поле.

Поляризация – это свойство материала, состоящие в ограниченном смещении или ориентации связанных зарядов при воздействии электрического поля.

1. Диэлектрическая проницаемость (относительная) – показывает, во сколько раз больше ослабевает внешнее электрическое поле в данном материале, чем в вакууме (показывает слепень поляризации).

где ε_а – абсолютная диэлектрическая проницаемость, учитывает влияние материала на электрическое поле, Ф/м;

ε₀ – абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума, 8,85∙10

-12 Ф/м.

_{Чем больше значение ε, тем сильнее поляризуется диэлектрик.}

_{Вакуум ε=0.}

Газообразные диэлектрики в основном ε≥1.

Жидкие и твёрдые диэлектрики ε>>1.

2. Тангенс угла диэлектрических потерь.

При воздействии электрического поля на любое вещество часть электрической энергии превращается в тепловую и рассеивается. Рассеянная часть электрической энергии диэлектриком называется диэлектрическими потерями. Причём потери энергии на переменном напряжении будут во много раз больше потерь на постоянном напряжении.

При постоянном напряжении потери числено равны активной мощности

где U – напряжение, приложенное к диэлектрику, В;

I – ток проводимости через диэлектрик, А.

При переменном напряжении

где U – переменное напряжение, приложенное к диэлектрику, В;

f – частота тока, Гц;

С – ёмкость диэлектрика, Ф.

δ – угол диэлектрических потерь, дополняющий до 90⁰ угол сдвига фаз φ между током и напряжением в емкостной цепи.

_{Чем больше значение tgδ, тем больше потери в диэлектрике и тем больше нагрев диэлектрика в электрическом поле заданной частоты и напряжения.}

_{Газообразные диэлектрики tgδ=10}^-6_÷10^-5_.

_{Жидкие и твёрдые диэлектрики: высшего класса tgδ=(2÷6)∙10}^-4_,

_{остальные tgδ=0,002÷0,05.}

3. Напряжённость пробоя (электрическая прочность) – это напряжённость, однородного электрического поля при которой происходит пробой диэлектрика (становится проводником).

где U_пр – пробивное напряжение, при котором происходит пробой, МВ;

d – толщина диэлектрика в месте пробоя, м.

Чем больше значение Е_пр, тем лучше электроизоляционные свойства.

При выборе изоляции необходимо учитывать напряжение, на которое диэлектрик включается и должен обеспечиваться запас прочности (коэффициент прочности)

_{где Ер – рабочая напряжённость, МВ/м.}

27. Какие основные электрические характеристики материалов вы знаете?

Удельное электрическое сопротивление. Всякий электротехнический материал — проводник, полупроводник и даже диэлектрик — проводоит электрический ток. Чтобы оценивать степень электропроводности того или иного материала, приходится определять удельное электрическое сопротивление материала.

Удельное электрическое сопротивление, Ом*м, вычисляется по формуле:

У металлических проводников удельные сопротивления очень малы и находятся в пределах p=10^-4-10^-2 Ом*м. Это указывает на большую электропроводность проводниковых материалов.

У полупроводниковых материалов (полупроводников) значения удельных сопротивлений больше, чем у проводников, и составляют p=10^-2-10⁸ Ом*м, а у диэлектриков они еще больше — p=10⁸-10¹⁸ Ом*м.

Большие значения удельного сопротивления у диэлектриков указывают на их весьма малую электропроводность.

Температурный коэффициент удельного сопротивления ТК р — характеристика, позволяющая оценить изменение удельного электрического сопротивления материала с изменением его температуры.

При линейном изменении удельного сопротивления (в узком интервале температур) величину ТК р, 1/°С, вычисляют по формуле:

где р1 — удельное электрическое сопротивление материала при начальной температуре t1; p2 — удельное электрическое сопротивление материала при температуре t2. У проводников ТК р>0. Это указывает на рост электрического сопротивления с повышением температуры проводников. У полупроводников и диэлектриков ТК p<0, что указывает на уменьшение сопротивления с повышением температуры этих материалов.

Диэлектрическая проницаемость — е. Диэлектрическая проницаемость е позволяет определить способность диэлектрика образовывать электрическую емкость. Диэлектрическая проницаемость электроизоляционных материалов зависит от интенсивности процессов поляризации, протекающих в диэлектриках под действием приложенного напряжения

Тангенс угла диэлектрических потерь tg a. Часть эл. Энергии, которая рассеивается в диэлектрике и нагревает его – называется диэлектрическими потерями – а характеризуется тангенсом угла диэл. потерь (угол , дополняющий до 90 градусов угол сдвига между током и напряжением)

Электрическая прочность Е_пр — представляет собой напряженность электрического поля, при которой происходит пробой — разрушение диэлектрика с образованием в нем сквозного канала с очень большой проводимостью.

Под механическими характеристиками подразумеваются значения напряжений и деформаций, соответствующие определенным точкам на диаграмме условных напряжений.

Пределом пропорциональности σ_пц называется наибольшее напряжение, до которого деформации прямо пропорциональны напряжениям.

Пределом упругости σ_уназывается напряжение, до которого материал не получает остаточных деформаций.

Пределом текучести σ_т называется напряжение, при котором деформации растут без заметного увеличения нагрузки.

Пределом прочности, или временным сопротивлением σ_в называется максимальное напряжение (подсчитанное по первоначальной площади сечения образца), выдерживаемое материалом при растяжении. Его величина определяется ординатой точки C условной диаграммы

При экспериментальном определении величин пределов пропорциональности и упругости вносится определенный элемент условности. Объясняется это тем, что начало отклонения от линейной зависимости, как и начало образования остаточных деформаций, будет отмечено тем раньше, чем выше точность измерения деформаций.

Поэтому под пределом пропорциональности σпц понимается напряжение, при котором отступление от линейной зависимости достигает определенной величины, устанавливаемой техническими условиями.

Пределом упругости считается напряжение, при котором остаточные деформации достигают заранее установленной величины в пределах 0.001-0.005%. Условный предел упругости при остаточной деформации 0. 005% обозначается σ0,005.

Для материалов, не имеющих площадки текучести, в качестве предела текучести условно принимается напряжение, при котором остаточные деформации составляют 0.2 или 0.3% от первоначальной длины образца. Условный или, иначе, технический предел текучести в соответствии с допуском на остаточную деформацию обозначается σ0,2 или σ0,3.

В теоретических исследованиях индексы 0.2 и 0.3 обычно опускаются и условный предел текучести обозначается символом σт. Предел текучести является одной из основных характеристик материала. Пластические свойства материала, то есть способность к образованию остаточных деформаций, характеризуются величиной остаточного удлинения образца при разрыве

а также относительным уменьшением площади сечения образца в шейке

где l1, F1 — длина рабочей части образца и площадь наименьшего сечения шейки разорванного образца, соответственно; lo, Fo — их величины до нагружения.

Электрические характеристики | Базовые знания о фильмах | TORAY FILMS

Объяснение значения и метода измерения основных измеряемых физических свойств.

Напряжение пробоя

Блок	кв
Назначение/Детали	Это значение представляет степень электроизоляции пленки. К пленке прикладывают напряжение и измеряют величину напряжения, когда пленка теряет изоляцию.
Метод измерения/стандарты	В соответствии с JIS-C-2151 и ASTM-D149.
Специальный метод измерения	Измерения выполнены с помощью тестера выдерживаемого напряжения.

Объемное удельное сопротивление

Алюминий

Единица измерения	Ом/см
Назначение/Детали	Это значение представляет степень электроизоляции пленки. Значение текущего сопротивления при приложении заданного напряжения в направлении толщины пленки.
Метод измерения/стандарты	В соответствии с JIS-C-2151 и ASTM-D257.
Специальный метод измерения	осаждают по заданному рисунку электродов на обе стороны образца и измеряют значение сопротивления току при приложении заданного напряжения с помощью мегомметра. Объемное удельное сопротивление = Площадь электрода / Толщина образца / Значение сопротивления

Удельное поверхностное сопротивление

Единица измерения	Ом/□
Назначение/Детали	Значение сопротивления тока при приложении заданного напряжения к квадратной поверхности пленки. Чем меньше значение, тем выше антистатические свойства.
Метод измерения/стандарты	В соответствии с JIS-C-2151 и ASTM-D257. Необходимо соблюдать осторожность в отношении среды измерения, так как на нее легко воздействует влажность.
Специальный метод измерения	Образец устанавливают на мегомметр и получают текущее значение сопротивления при приложении заданного напряжения. Удельное поверхностное сопротивление = (окружность основного электрода / расстояние между электродами) × значение сопротивления

Коэффициент рассеяния (tanδ)

Единица измерения	%
Назначение/Детали	Это значение выражает количество энергии, которая теряется из-за выделения тепла при прохождении переменного напряжения через пленку. Чем ниже значение, тем лучше для конденсаторов.
Метод измерения/стандарты	В соответствии с JIS-C-2151.
Специальный метод измерения	Образец помещают в термостатическую камеру при указанной температуре, прикладывают указанное переменное напряжение и измеряют величину электрических потерь с помощью цифрового моста.

Общие характеристики электрооборудования

8 августа 2020 г.

Общие характеристики электрооборудования;

1. Они должны быть в состоянии работать непрерывно при нормальных условиях эксплуатации,
2. Должны выдерживать кратковременные сверхтоки и перенапряжения, которые могут возникнуть во время их работы.

Чтобы электрическое оборудование работало с полной надежностью в нормальных условиях эксплуатации, оно должно отвечать следующим требованиям;

Номинальный ток ≥ Фактический ток нагрузки,

Номинальное напряжение ≥ Рабочее напряжение оборудования

Максимальный ток, при котором единица данного электрооборудования может непрерывно работать в течение всего срока службы, называется номинальным или номинальным током.

Линейное напряжение, указанное на паспортной табличке электрооборудования, с которым оно должно работать, называется номинальным или номинальным напряжением. Максимальное рабочее напряжение не должно превышать номинальное напряжение на 10-15 процентов.

В работе электрооборудования существует множество неопределенностей. Из-за чего электрические установки и цепи подвержены опасности возникновения неисправностей, приводящих к короткому замыканию. Короткое замыкание приводит к протеканию тока очень большой величины, известного как ток короткого замыкания.

При нормальных условиях эксплуатации все элементы цепи электрической системы находятся под напряжением. Величина этих токов зависит от величины генерируемого генератором напряжения и эффективного полного сопротивления всех систем передачи и распределения электроэнергии, а также полного сопротивления нагрузки. Когда в системе возникает неисправность, которая также известна как короткое замыкание. Проводник разных фаз соприкасается друг с другом. Если эта часть импеданса системы будет закорочена или зашунтирована. Следовательно, эффективный импеданс системы снижается, что приводит к протеканию сильного тока короткого замыкания. Чем меньше эффективное сопротивление в неисправной цепи, тем больше будет ток короткого замыкания.

Имеются вредные последствия короткого замыкания. Даже ток короткого замыкания на короткое время вызовет перегрев оборудования. Этот сильный ток может создавать силы электродинамического взаимодействия, которые могут повредить электрическое оборудование. Вот почему любые электроустановки проектируются и выбираются по термической и динамической устойчивости, чтобы выдерживать большой возможный поток тока короткого замыкания.

Устройства типа автоматических выключателей, плавких предохранителей используются для отключения токов короткого замыкания (тока короткого замыкания) в течение короткого промежутка времени (0,05-0,3 секунды) для устранения неисправного участка системы.

Автоматические выключатели и предохранители также называются коммутационными устройствами. Их способность отключать ток короткого замыкания выражается номинальным током отключения. Номинальный ток отключения — это максимальное значение тока, которое устройство отключения цепи может безопасно отключить при нормальном рабочем напряжении установки, для которой оно предназначено.