dathoc.com Bài giảng Giáo án đề thi tài liệu miễn phí Download, chia sẽ tài nguyên dạy và học miễn phí !
Tất cả Giáo án Bài giảng Bài viết Tài liệu
Nếu không xem dược hãy bấm Download về máy tính để xem
Download giao an chuong vat lieu dien mien phi,tai lieu chuong vat lieu dien mien phi,bai giang chuong vat lieu dien mien phi 100%, cac ban hay chia se cho ban be cung xem

Uploaded date: 11/19/2012 6:45:23 AM
Filesize: 22.15 M
Download count: 43
Bấm nút LIKE +1 để cảm ơn
SAU ĐÓ BẤM
Download
VẬT LIỆU ĐIỆN
Hệ cao đẳng
Giáo viên thực hiện:
NGUYỄN NHÂN LẬP
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI
A. Sự phân cực của điện môi
HIỆN TƯỢNG PHÂN CỰC CỦA ĐIỆN MÔI
Sự phân cực điện môi là sự dịch chuyển có giới hạn của các điện tích hoặc là sự định hướng của các phân tử lưỡng cực khi đặt trong điện trường.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI
A. Sự phân cực của điện môi
Hằng số điện môi:
Hằng số điện môi là tỷ số giữa điện tích Q của tụ điện làm điện môi với điện tích Q0 của tụ điện cùng kích thước có điện môi là chân không khi có cùng điện áp.
-Trong hệ CGSe, 0=1. - Trong hệ SI, 0=10-9/36 F/m
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
A. Sự phân cực của điện môi
II. CÁC DẠNG PHÂN CỰC XẢY RA TRONG ĐIỆN MÔI:
Phân cực nhanh:
+Phân cực điện tử: là sự dịch chuyển đàn hồi và sự biến dạng các lớp vỏ điện tử của nguyên tử và ion.
+Phân cực ion: đặc trưng cho vật rắn có cấu tạo ion, do sự chuyển dịch đàn hồi của ion liên kết. Vd: tinh thể NaCl
Phân cực chậm:
+Phân cực lưỡng cực chậm : các phân tử lưỡng cực ở trạng thái chuyển động nhiệt hỗn loạn được định hướng một phần dưới tác dụng của điện trường.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
A. Sự phân cực của điện môi
+Phân cực điện tử chậm: xuất hiện do các điện tử thừa hoặc lỗ hổng được kích thích bởi nhiệt năng.
+Phân cực kết cấu: là loại phân cực phụ xảy ra trong chất rắn có cấu tạo không đồng nhất.
+Phân cực tự phát
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
A. Sự phân cực của điện môi
III. HẰNG SỐ ĐIỆN MÔI CỦA CÁC LOẠI MÔI CHẤT
Hằng số điện môi chất khí
Đặc điểm: mật độ phân tử khí bé do khoảng cách giữa các phân tử khí lớn.
khí ≈1
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
A. Sự phân cực của điện môi
Hằng số điện môi khí trung tính
Trong điện môi khí trung tính chỉ tồn tại một loại phân cực là phân cực điện tử nhanh. Do đó, hằng số điện môi khí trung tính có trị số bằng bình phương hệ số khúc xạ ánh sáng của chất khí đó:
khí=v2.
Từ phương trình Claudiút- Môxốtchi, ta có :




Trong các chất khí, mật độ phân tử tỉ lệ thuận với áp suất và tỉ lệ nghịch với nhiệt độ: N=P/K.T.

enh : hệ số phân cực nhanh của chất khí.
N : mật độ phân tử chất khí
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
A. Sự phân cực của điện môi
Vậy hằng số điện môi khí phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ theo tỉ lệ thuận và nghịch tương ứng.
1

T
Quan hê  với áp suất khi P=const
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
A. Sự phân cực của điện môi
Hằng số điện môi khí cực tính.
Trong các chất khí cực tính xảy ra hai loại phân cực chính là phân cực điện tử nhanh và phân cực lưỡng cực. Trong đó, phân cực điện tử nhanh đóng vai trò chủ yếu.
Đối với chất khí cực tính, khi nhiệt độ tăng thì khả năng định hướng của lưỡng cực giảm, do đó hằng số điện môi sẽ giảm đến trị số v2. Khi nhiệt độ vô cùng lớn thì  có giá trị của phân cực điện tử nhanh vì khi đó chuyển động nhiệt lớn làm cản trở sự định hướng của các phân tử lưỡng cực.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
A. Sự phân cực của điện môi
2. Hằng số điện môi chất lỏng.
Do đặc điểm cấu tạo phân tử, điệm môi lỏng được phân thành hai nhóm: điện môi lỏng trung tính (dầu MBA, dầu tụ điện, benzen, toluen…) và điện môi lỏng cực tính(dầu thầu dầu, xôvôn, xôvtôn…)
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
A. Sự phân cực của điện môi
Hằng số điện môi lỏng trung tính.
Điện môi lỏng trung tính được đặc trưng bởi một loại phân cực là phân cực điện tử nhanh. Do vậy, hằng số điện môi lỏng trung tính không lớn lắm( từ 2 đến 2,5) và gần bằng bình phương hệ số khúc xạ ánh sáng: ≈v2.
Hằng số điện môi lỏng trung tính phụ thuộc vào nhiệt độ nhưng không phụ thuộc vào tần số và áp suất. Khi nhiệt độ tăng xảy ra hiện tượng dãn nở nhiệt, khoảng cách giữa các phân tử tăng lên, mật độ phân tử giảm xuống, vì thế, hằng số điện môi cũng giảm.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
A. Sự phân cực của điện môi
Hằng số điện môi lỏng cực tính
Điện môi lỏng cực tính có hai dạng phân cực là phân cực điện tử nhanh và phân cực lưỡng cực.
Hằng số điện môi lỏng cực tính phụ thuộc nhiều vào tần số và nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng, do có sự dãn nở nhiệt nên lực liên kết của các phân tử giảm nên sự xoay hướng của các phân tử lưỡng cực dễ dàng hơn nên hằng số điện môi tăng lên đến một ngưỡng nhiệt độ nào đó,  đạt đến trị số cực đại, vì vậy, cần chú ý tránh vùng nhiệt độ lân cận khi sử dụng vì ở đó, hằng số điện môi lớn và điện dẫn cao. Tuy nhiên, khi ở nhiệt độ cao, chuyển động nhiệt của các phân tử lớn sẽ cản trở sự xoay hướng của các phân tử lưỡng cực,  sẽ giảm xuống.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
A. Sự phân cực của điện môi
Khi ở tần số thấp, các phân tử lưỡng cực kịp xoay theo hướng của điện trường nên sự phân cực xảy ra trọn vẹn và gần bằng hằng số điện môi khi đo ở điện áp 1 chiều.
Ở tần số cao, các phân tử không kịp định hướng theo hướng của điện trường nên sự phân cực xảy ra không trọn vẹn. ờ tần số cao vô cùng, chỉ còn tồn tại phân cực điện tử nhanh.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
A. Sự phân cực của điện môi
III. Hằng số điện môi rắn
Hằng số điện môi rắn trung tính( kim cương, lưu huỳnh, parafin, polietilen, polistirol…)
Chỉ tồn tại phân cực điện tử nhanh nên =v2 và  giảm khi nhiệt độ tăng.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
A. Sự phân cực của điện môi
Hằng số điện môi của chất rắn có kết cấu tinh thể ion.
Trong điện môi rắn kết cấu tinh thể ion là liên kết mạnh có sự phân cực điện tử nhanh và ion nhanh với hằng số điện môi nằm trong diện rộng. Khi nhiệt độ tăng thì khả năng phân cực tăng, ngoại trừ tinh thể có chứa ion titan và một số titanat
Đối với những điện môi rắn kết cấu tinh thể ion là liên kết không chặt chẽ. Ngoài phân cực điện tử và ion nhanh còn có phân cực ion chậm
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
A. Sự phân cực của điện môi
Hằng số điện môi của thủy tinh vô cơ
Hằng số điện môi của thủy tinh vô cơ nằm trong phạm vi tương đối hẹp( từ 4 đến 20) và tùy thuộc vào thành phần và công nghệ gia công tạo nên. Trong thủy tinh sạch tồn tại 2 loại phân cực : ion nhanh và điện tử nhanh
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
A. Sự phân cực của điện môi
Hằng số điện môi của điện môi hữu cơ rắn cực tính(xenlulô và các sản phẩm xenlulô, êpôxi,phenolformanderhyt, galovac…)
Trong các điện môi rắn hữu cơ cực tính, ngoài phân cực điện tử nhanh còn có phân cực lưỡng cực chậm.  phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ và tần số của điện trường
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
A. Sự phân cực của điện môi
Hằng số điện môi của điện môi xécnhéc( có từ tính)
Nằm trong dải rộng từ vài đơn vị đến hàng trăm, nó phụ thuộc vào nhiệt độ và cường độ điện trường
Nhiệt độ mà ở đó  đạt đến giá trị cực đại gọi là điểm Quyri. Trong miền nhiệt độ cao hơn điểm Quyri, thuộc tính xécnhéc của vật liệu không còn và  không còn phụ thuộc vào cường độ điện trường
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
A. Sự phân cực của điện môi
Hằng số điện môi của điện môi rắn tổ hợp
Công thức tổng quát tính hằng số điện môi  của tổ hợp hai cách điện như sau:
k=X1 1k+X2 2k
K: hệ số mũ nói lên đặc điểm sắp xếp của các thành phần
X1, X2: tỉ lệ tương đối của các thành phần tương ứng. X1+X2= 1.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
A. Sự phân cực của điện môi
Nếu 2 điện môi đặt song song với phương điện trường( mắc song song) thì k=1:
 =X11+ X22
Nếu hai chất trộn đều nhau thì k->0, khi đó : ln =X1ln1+ X2ln2
Nếu 2 điện môi đặt vuông góc với phương điện trường( mắc nối tiếp) thì k=-1:

CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
B. Tính dẫn điện của điện môi
Các loại dòng điện trong điện môi
Khi một mẫu điện môi được đặt trong điện trường, thường xuất hiện:
-Dòng điện rò iR: do một số điện tích tự do dịch chuyển gây nên, thường có trị số bé.
-Dòng điện phân cực ipc là dòng điện do sự dịch chuyển của các điện tích ràng buộc khi có sự phân cực điện tử hay phân cực ion, dòng điện chỉ có trong khoảng thời gian rất ngắn nên không thể ghi lại bằng các dụng cụ đo.

CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
B. Tính dẫn điện của điện môi
- Dòng điện hấp thụ iht: là dòng điện do sự dịch chuyển của các điện tử trong các dạng phân cực khác của điện môi. Với dòng điện 1 chiều dòng này chỉ xuất hiện khi có sự thay đổi chiều, khi đóng hay ngắt điện. Còn với điện áp xoay chiều dòng điện này tồn tại liên tục trong khoảng thời gianvật liệu đặt dưới điện trường.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
B. Tính dẫn điện của điện môi
II. Điện trở của điện môi
Dựa vào dòng điện rò để đánh giá chất lượng của vật cách điện, Irò càng bé, cách điện càng tốt. Tính chất cách điện được xác định qua điện dẫn xuất (ɤ) hay điện trở xuất (ρ):
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
B. Tính dẫn điện của điện môi
Điện trở cách điện của khối điện môi là:



Với vật liệu cách điện rắn ta cần phân biệt thêm điện dẫn khối và điện dẫn mặt:
- Điện trở suất khối: là điện trở của khối lập phương có cạnh bằng 1 cm, hình dung cắt ra từ vật liệu khi đi qua hai mặt khối lập phương đó.
U: điện áp 1 chiều
ρ : điện trở suất khối- [ Ω.cm]
RV: điện trở khối của mẫu- [Ω]
S: diện tích của điện cực đo-[cm2]
h : chiều dày khối điện môi-[cm]
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
B. Tính dẫn điện của điện môi
Điện trở suất mặt là điện trở của một hình vuông bề mặt của vật liệu khi dòng điện đi qua hai cạnh đối diện:


Ứng với ρV có điện dẫn khối ɤv=1/ρV-[Ω.cm]-1
ρs có điện dẫn khối ɤs=1/ ρs- [Ω]-1 hay còn có đơn vị đo là simen (S)
ρs : điện trở suất mặt- [cm]
Rs: điện trở khối của mẫu vật liệu- [Ω]
d: chiều dài của điện cực đo-[cm]
l : khoảng cách giữa hai cực-[cm]
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
B. Tính dẫn điện của điện môi
Ngoài ra độ dẫn điện, vật liệu cách điện cũng được xác định tùy theo trạng thái rắn, lỏng hay khí và nó cũng phụ thuộc vào độ ẩm nhiệt độ của môi trường và thời gian làm việc lâu dài dưới điện áp.
Khi làm việc lậu dài dưới điện áp, dòng điện đi trong điện môi rắn có thể tăng hoặc giảm theo thời gian, nguyên nhân là do tạp chất của điện môi giảm dần.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
B. Tính dẫn điện của điện môi
III. Điện dẫn của điện môi
Trong vật liệu kỹ thuật điện, có nhiều loại điện tích tự do tham gia vào quá trình dẫn điện. Dựa vào thành phần của dòng điện người ta chia điện dẫn làm ba loại sau:
-Điện dẫn điện tử: thành phần của loại điện dẫn này chỉ là điện tử tự do chứa trong điện môi.
-Điện dẫn ion: thành phần tham gia là các ion dương và âm di chuyển đến điện cực khi có điện trường tác động giống như quá trình điện phân nên còn gọi là điện dẫn điện phân.
-Điện dẫn điện di: còn gọi là điện dẫn môliôn. Thành phần của dòng điện này là các nhóm phân tử hay tạp chất được tích điện tồn tại trong điện môi, chúng tạo nên ma sát trong quá trình chuyển động nhiệt
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
B. Tính dẫn điện của điện môi
IV. Điện dẫn của điện môi khí.
Dòng điện trong chất khí chỉ có khi trong đó có các ion hay điện tử tự do. Sự dẫn điện trong chất khí do 2 nguyên nhân đưa đến sự ion hoá các phân tử khí là:
Điện dẫn tự duy trì: Khi điện trường đạt đến giá trị đủ lớn làm cho các hạt mang điện chuyển động va chạm với phân tử khí sẽ tạo ra các ion tạo nên sự dẫn điện trong chất khí. Loại này gọi là điện dẫn tự duy trì.
- Điện dẫn không tự duy trì: Do các yếu tố bên ngoài gây nên hiện tượng ion hoá ví dụ như tia cực tím, sự bức xạ hay tác dụng nhiệt. Dưới tác dụng của điện áp các ion này sẽ dịch chuyển và bên trong sẽ xuất hiện dòng điện. Đây gọi là điện dẫn không tự duy trì.

CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
B. Tính dẫn điện của điện môi
Đồng thời cũng có một số ion bị trung hoà nhưng hiện tượng tái hợp này không làm cho số lượng ion tăng lên vô hạn mà nó chỉ xác lập một mật độ nhất định sau một khoảng thời gian ngắn. Vì thế ta có thể xem chất khí là chất cách điện rất hoàn hảo khi chưa có điều kiện đưa đến sự ion hoá.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
B. Tính dẫn điện của điện môi
V. Điện dẫn của điện môi lỏng
Độ dẫn điện của điện môi lỏng có liên quan chặt chẽ với cấu tạo phân tử của chất đó.
Chất lỏng có cực tính bao giờ cũng có độ dẫn điện lớn hơn chất lỏng không có cực tính.
Khi hằng số điện môi tăng thì độ dẫn điện cũng tăng.
Khi khử được các tạp chất có trong điện môi thì sẽ làm tăng điện trở suất của nó.
Điện dẫn suất của một chất lỏng phụ thuộc vào nhiệt độ.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
B. Tính dẫn điện của điện môi
VI. Điện dẫn của điện môi rắn

Điện dẫn trong điện môi rắn được tạo nên là do sự chuyển dịch các ion của bản thân điện môi rắn cũng như của các ion tạp chất dưới tác dụng của điện trường.
Để đánh giá chất lượng của điện môi người ta thường xác định điện dẫn suất khối hay điện trở suất khối .
Điện dẫn suất mặt, điện trở suất mặt: Điện trở suất mặt sẽ giảm khi khi độ ẩm lớn hơn 60%. Điện dẫn suất mặt càng thấp khi cực tính của vật liệu càng yếu, bề mặt của điện môi càng sạch và nhẵn.


CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
C-Tổn thất điện môi
Khái niệm về tổn thất điện môi
Toån thaát ñieän moâi: laø phaàn naêng löôïng taûn ra trong ñieän moâi, laøm cho ñieän moâi noùng leân khi coù ñieän tröôøng taùc ñoäng.
Goùc toån thaát ñieän moâi(): laø goùc phuï cuûa goùc leäch pha  giöõa doøng ñieän vaø ñieän aùp trong maïch xoay chieàu thuaàn dung.
Coâng thöùc lieân heä giöõa  vaø  laø: =900-
Neáu  caøng nhoû, , tg seõ caøng lôùn. neáu toån thaát ñieän moâi lôùn quaù möùc giôùi haïn coù theå phaù huûy vaät lieäu ñoù do nhieät ñoä taêng cao.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
C-Tổn thất điện môi
II. Tính tổn thất điện môi
Đối với điện môi lý tưởng, thành phần bên trong chỉ có giá trị điện dung, khi đó góc tổn hao bằng 0, tổn hao điện môi P=0. Trong thực tế, điện môi luôn luôn lẫn một số tạp chất( P≠0). Để biểu thị cho điện môi này, ta có thể biểu diễn bằng 2 thành phần C và R. Hai thành phần này có thể mắc nối tiếp ( Series) (CS, Rs) hoặc song song (paralled)(Cp, Rp)
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
C-Tổn thất điện môi
Xét mạch nối tiếp
Công suất P trên mạch chính là công suất tổn thất của điện môi.
P=U.I.cosφ=U2.Rs/Z2
Với Z2=Rs2+XCs2, ta có:
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
C-Tổn thất điện môi
Mà hệ số tổn thất điện môi tg=Rs/XCs=RsCsω
Do đó:


Vậy:
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
C-Tổn thất điện môi
Xét mạch mắc song song. Theo giản đồ, ta có:


Công suất tổn thất được tính:
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
C-Tổn thất điện môi
Mối quan hệ giữa hai sơ đồ song song và nối tiếp:
Do sơ đồ đều thay thế cho cùng một khối điện môi cho nên tổn hao điện môi trong hai sơ đồ phải bằng nhau. Nghĩa là PS=Pp.

CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
C-Tổn thất điện môi
Góc tổn hao bằng nhau:


Thế Cp vào:


Do đối với điện môi, mạch có tính dung lớn nên tgδ <<1, vì vậy:
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
C-Tổn thất điện môi
Suất tổn hao:

Với C=ɛ.C0 d: khoảng cách giữa 2 bản cực.[m]
s: Diện tích bề mặt [m]
Mà U=E.d

CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
C-Tổn thất điện môi
III. Các dạng tổn hao điện môi:
Theo đặc điểm và bản chất vật lý có thể chia tổn hao điện môi thành 4 dạng chính sau đây:
1- Tổn hao điện môi do dòng điện rò.
2- Tổn hao điện môi do phân cực.
3- Tổn hao điện môi do ion hoá.
4- Tổn hao điện môi do cấu tạo không đồng nhất.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
C-Tổn thất điện môi
Tổn hao do dòng rò:
Trong điện môi kỹ thuật thì bao giờ cũng chứa các điện tích và điện tử tự do , dưới tác dụng của điện trường thì chúng sẽ gia nhập vào dòng điện dẫn tạo nên dòng điện rò.Trị số tg của góc tổn hao điện môi trong trường hợp này tính theo công thức:


f : tần số của điện trường đo bằng Hz
 :Điện trở suất (Ω.cm)

CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
C-Tổn thất điện môi
Tổn hao điện môi do phân cực:
Trong điện môi có cấu tạo lưỡng cực và điện môi có cấu tạo ion ràng buộc không chặt chẽ. Sự tổn hao do phân cực chậm được gây nên bởi sự phá hủy chuyển động nhiệt của các phân tử dưới tác động của cường độ điện trường sự phá hủy này phát sinh năng lượng tiêu tán và điện môi bị phát nóng. Tổn hao điện môi trong các điện môi cực tính tăng dần theo tần số của điện áp và thể hiện rõ nhất ở tần số vô tuyến và tần số siêu cao. Khi ở tần số cao tổn hao điện môi lớn đến mức phá hủy vật liệu. Do vậy không nên dùng điện môi cực tính mạnh ở tần số cao trong kỹ thuật điện.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
C-Tổn thất điện môi
Tổn hao điện môi do ion hoá:

Tổn hao điện môi do ion hoá xảy ra trong các điện môi ở trạng thái khí. Dạng này xuất hiện trong các điện trường không đồng nhất khi cường độ điện trường bắt đầu cao hơn trị số ion hoá của loại khí đó.
Tổn hao điện môi do ion hoá tính theo công thức :
P0=A.f.(U-U0)3
A : hằng số
f : tần số của điện trường
U : điện áp đặt vào
U0: điện áp tương ứng với điểm bắt đầu ion hóa
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
C-Tổn thất điện môi
Tổn hao điện môi do cấu tạo không đồng nhất:
Tổn thất này xảy ra trong các vật liệu có cấu tạo không đồng nhất. Để xác định tổn hao trong trường hợp này, ta phải xem điện môi gồm 2 điện môi ghép nối tiếp nhau.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
C-Tổn thất điện môi
Góc tổn hao điện môi được xác định:

Với m=R1+R2
n=C22.R22R1+C12R12R2
M=C1R12+C2R22
N=C22R22C1R12+C12R12C2R22
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
C-Tổn thất điện môi
IV. Tổn hao điện môi trong điện môi khí
Các chất khí ở điều kiện bình thường và trong điện trường thấp có tổn hao rất bé, vì vậy có thể xem chất khí là điện môi lý tưởng.
Ở điện áp cao và điện trường không đồng nhất, khi cường độ điện trường vượt quá trị số tới hạn, các phân tử khí sẽ bị ion hoá , trong chất khí xuất hiện tổn hao do ion hoá. Năng lượng tổn hao do ion hoá được tính:
P0= A.f.(U-U0)3
Các đường dây tải điện trên không điện áp cao và siêu cao gây nên phóng điện vầng quang xung quanh dây dẫn và gây tổn hao năng lượng. Để giảm tổn hao vầng quang trong thực tế phải thay đổi điện trường bằng cách tăng tiết diện dây hay phân dây pha thành các dây nhỏ.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
C-Tổn thất điện môi
V. Tổn hao điện môi trong điện môi lỏng
Trong các chất lỏng trung tính tổn hao điện môi chỉ do dòng điện dẫn gây nên, nếu chất lỏng đó không chứa các tạp chất là các phân tử lưỡng cực. Công thức tính tổn hao điện môi của dầu tụ đã được lọc sạch:


Các điện môi lỏng cực tính tùy theo điều kiện nhiệt độ và tần số ngoài tổn hao do dòng điện dẫn còn tổn hao do phân cực lưỡng cực gây nên. Nếu điện môi là chất cực tính mạnh thì tổn hao lớn, tổn hao này phụ thuộc nhiều vào tần số và nhiệt độ.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
C-Tổn thất điện môi
V. Tổn hao điện môi trong điện môi rắn:
Với điện môi rắn có cấu tạo phân tử không phân cực không chứa tạp chất, tổn hao không đáng kể, chủ yếu do điện dẫn gây nên.
Với điện môi rắn có cấu tạo ion có cấu tạo ion ràng buộc chặt chẽ thì tổn thất phụ thuộc vào tạp chất và nhiệt độ.
Với điện môi rắn có cấu tạo ion có cấu tạo ion ràng buộc không chặt chẽ: với chất có khả năng kết tinh thì đặc trưng bằng phân cực chậm làm tăng tổn thất điện môi. Với chất không có khả năng kết tinh thì tổn thất do phân cực và điện dẫn gây nên
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
C-Tổn thất điện môi
Tổn thất do điện môi rắn có cấu tạo không đồng nhất: điện môi không đồng nhất là điện môi có ít nhất 2 chất pha trộn lẫn về mặt cơ học với nhau mà không có tác dụng hóa học. Thí dụ như tổn hao điện môi trong gốm sứ công nghệ cao ( pha chất tinh thể, thủy tinh, chất khí) có thể tăng lên nếu trong quá trình chế tạo vật liệu có các tạp chất lãn bán dẫn với tính dẫn điện bằng điện tử, tổn hao trong gốm cũng tăng lên do hút ẩm khi có các lổ xốp hở.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
D. Sự phóng điện trong điện môi
Khái niệm
Khi cường độ điện trường cao hơn giới hạn độ bền của chất cách điện thì sẽ xảy ra hiện tượng phóng điện chọc thủng điện môi.
Trị số điện áp mà ở đó xảy ra đánh thủng điện môi được gọi là điện áp đánh thủng Uđt. Trị số tương ứng của cường độ điện trường tại đó được gọi là cường độ đánh thủng Eđt.(kV/mm)



Trong đó, h: chiều dày của điện môi
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
D. Sự phóng điện trong điện môi
Để chọn chiều dày của điện môi của thiết bị làm việc ở điện áp định mức, ta phải nhân với hệ số làm việc an toàn:
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
D. Sự phóng điện trong điện môi
II. Sự phóng điện trong điện môi khí
Yêu cầu chung với chất khí cách điện phải đạt các yêu cầu sau:
Phải là loại khí trơ với chất cách điện khác trong cùng kết cấu cách điện hoặc với kim loại của thiết bị điện
Có cường độ cách điện cao để giảm bớt kích thước kết cấu cách điện và thiết bị.
Nhiệt độ hóa lỏng thấp để có thể sử dụng chúng ở trạng thái áp suất cao.
Tản nhiệt tốt
Phải rẻ tiền, dễ tìm kiếm, chế tạo.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
D. Sự phóng điện trong điện môi
2. Các dạng ion hóa xảy ra trong chất khí:
Các điện tích chất khí được tạo nên bởi quá trình ion hóa tự nhiên. Quá trình ion hóa là quá trình biến phân tử trung hòa thành những ion dương và điện tử tự do, năng lượng cung cấp đủ cho quá trình ion hóa xảy ra gọi là năng lượng ion hóa.
Nếu năng lượng cung cấp phân tử trung hòa nhỏ hơn năng lượng ion hóa thì chúng chỉ kích thích dao động điện tử trong phân tử, trong thời gian ngắn chúng sẽ trở lại trạng thái bình thường và trả lại năng lượng dưới dạng bức xạ.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
D. Sự phóng điện trong điện môi
Ion hóa va chạm
Khi các phân tử được kích thích chuyển động va chạm nhau, động năng chúng sẽ chuyển cho nhau và hiện tượng ion hóa sẽ xảy ra nếu: W=mv2/2 ≥ Wi
Với m: khối lượng phân tử.
v : tốc độ chuyển động của phân tử.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
D. Sự phóng điện trong điện môi
Ion hóa quang
Năng lượng cần thiết để ion hóa có thể lấy từ bức xạ của sóng ngắn, với điều kiện:
W=hƲ ≥ Wi
Hoặc: λ≤ch/Wi
λ:độ dài của sóng ngắn(λ=c/v)
Ʋ: tần số bức xạ của sóng ngắn.
C: tốc độ ánh sáng.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
D. Sự phóng điện trong điện môi
Ion hóa nhiệt
ở nhiệt độ cao, phát sinh các quá trình sau:
Ion hóa va chạm giữa các phân tử do sự chuyển động nhiệt với tốc độ lớn.
Ion hóa do bức xạ nhiệt của khí bị nung nóng.
Ion hóa va chạm giữa những phân tử và điện tử hình thành do hai quá trình trên.
Lưu ý: ở bất kì nhiệt độ nào cũng có khả năng ion hóa chất khí, và xác xuất ion hóa còn tùy thuộc vào nhiệt độ cao hay thấp.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
D. Sự phóng điện trong điện môi
Ion hóa bề mặt
Phụ thuộc vào công thoát của kim loại làm điện cực dưới tác dụng của bức xạ nhiệt hoặc bức xạ quang.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
D. Sự phóng điện trong điện môi
3. Quá trình phóng điện trong chất khí
Là quá trình hình thành dòng plasma trong toàn bộ hay một phần khỏang không gian giữa hai điện cực. Tùy thuộc vào công suất nguồn, áp suất khí và dạng của điện trường, quá trình hình thành dòng plasma khác nhau và đưa đến dạng phóng điện khác nhau.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
D. Sự phóng điện trong điện môi
Phóng điện tỏa sáng: xảy ra khi áp suất thấp, plasma không thể có điện dẫn lớn vì số lượng phân tử khí quá ít. Phóng điện tỏa sáng thường chiếm toàn bộ khoảng không gian giữa các cực và được ứng dụng làm đèn neon, ống phát sáng…
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
D. Sự phóng điện trong điện môi
Phóng điện tia lửa: xảy ra khi áp suất lớn, plasma không chiếm hết toàn bộ khoảng không gian mà chỉ là một tia dòng nhỏ nối giữa các điện cực. Mật độ điện tích trong dòng plasma rất lớn nên có thể dẫn được dòng điện tương đối lớn (phụ thuộc vào công suất nguồn). ứng dụng trong thiết bị đốt lò gas, bugi đánh lửa, thử nghiệm cường độ cách điện của điện môi.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
D. Sự phóng điện trong điện môi
Phóng điện hồ quang: tương tự như phóng điện tia lửa nhưng công suất nguồn lớn và tác dụng trong thời gian dài hơn. Dòng hồ quang lớn đốt nóng hồ quang làm tăng điện dẫn, do đó hồ quang càng tăng thêm đến mức ổn định khi có sự cân bằng giữa phát nóng và tỏa nhiệt.
Phóng điện hồ quang là quá trình đòi hỏi phải có đủ thời gian. Trong khoảng thời gian ngắn dù công suất nguồn lớn cũng không hình thành sự phóng điện hồ quang mà chỉ là phóng điện tia lửa.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
D. Sự phóng điện trong điện môi
Phóng điện vầng quang: là một dạng phóng điện đặc biệt chỉ tồn tại trong trường không đồng nhất và xuất hiện quanh điện cực, do đó không thể có dòng điện lớn. Là quá trình ion hóa chất khí và quá trình kết hợp giữa các ion trái dấu để trở về trạng thái bình thường, hai quá trình này đều trả lại năng lượng dưới dạng quang năng.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
D. Sự phóng điện trong điện môi
III. Sự phóng điện trong điện môi lỏng
Trong điều kiện bình thường, điện môi lỏng có cường độ điện trường cách điện cao hơn điện môi khí. Hiện tượng phóng điện trong điện môi lỏng cũng phức tạp hơn điện môi khí vì sau mỗi lần phóng điện sẽ sinh ra tạp chất là muội khói do chất lỏng bị đốt cháy. Ở đây, chúng ta xét đến các yếu tố ảnh hưởng đến sự phóng điện trong điện môi lỏng trong điều kiện thí nghiệm phóng điện trong dầu máy biến áp
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
D. Sự phóng điện trong điện môi
Ảnh hưởng của nước và sợi bẩn
Tạp chất ảnh hưởng rất lớn đến độ bền điện của điện môi lỏng. Nếu dầu máy biến áp được lọc sạch các tạp chất và lượng nước, độ bền cách điện có thể tăng lên đến 20-25 kV, ngược lại, Eđb có thể giảm xuống 4 kV.
Nước trong dầu có 2 trạng thái: hòa tan hoặc nhũ tương, khi chứa nhiều nước thì lắng đọng. Ở trạng thái hòa tan, trong thí nghiệm khó phát hiện sự phóng điện. Ở trạng thái nhũ tương, điện áp phóng điện giảm đi nhiều, nhất là trong dầu chứa tạp chất ở thể rắn vì các tạp chất làm cầu nối cho sự phóng điện sớm hơn.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
D. Sự phóng điện trong điện môi
Ảnh hưởng của nhiệt độ
Điện môi lỏng tinh khiết không phụ thuộc vào nhiệt độ khi ở nhiệt độ dưới 800C. Khi nhiệt độ cao, có sự dãn nở nhiệt, chuyển động nhiệt của các phân tử tăng lên, nhất là gần nhiệt độ sôi của điện môi lỏng làm cho điện áp phóng điện hay độ bền điện giảm.
Đối với điện môi lỏng đang vận hành có lẫn tạp chất và nước, phụ thuộc vào nhiệt độ sôi của điện môi và nước, nhiệt độ hóa trạng thái nhũ tương của nước. ở trạng thái nước đóng băng, cường độ cách điện tăng lên trở lại.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
D. Sự phóng điện trong điện môi
Ảnh hưởng của áp suất.
Cường độ cách điện của điện môi lỏng bình thường không phụ thuộc vào áp suất mà chỉ phụ thuộc vào lượng bọt khí có trong điện môi. Tuy nhiên, lượng bọt khí chỉ có giới hạn nên khi áp suất tăng, cường độ cách điện tăng không nhiều.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
D. Sự phóng điện trong điện môi
Ảnh hưởng của thời gian tác dụng điện áp
Độ bền điện của điện môi lỏng càng giảm khi thời gian tác dụng của điện trường càng kéo dài. Với chất lỏng có lẫn tạp chất thì mức độ suy giảm mạnh. Khi thời gian tác dụng ngắn (t≤ 10-4 giây), các phân tử tạp chất không kịp dịch chuyển tên khoảng cách giữa các cực nên không ảnh hưởng đến cường độ cách điện
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
D. Sự phóng điện trong điện môi
IV. Sự phóng điện của điện môi rắn
Trong điện môi rắn , có hai khả năng phóng điện là phóng điện xuyên thủng (đánh thủng) và phóng điện bề mặt.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
D. Sự phóng điện trong điện môi
1. Phóng điện xuyên thủng
Đặc điểm:
Phóng điện xuyên thủng qua điện môi rắn không thể phục hồi lại được tính chất cách điện.
Điện môi rắn thường có cấu tạo không đồng nhất ở những vị trí khác nhau.
Điện môi rắn khác nhau về loại phân tử, lượng tạp chất, công nghệ gia công chế tạo.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
D. Sự phóng điện trong điện môi
Quan hệ giữa nhiệt độ và cường độ điện trường:
Nhiệt độ thấp, cường độ điện trường ít phụ thuộc vào nhiệt độ, sự phóng điện do điện gây nên.
Nhiệt độ cao, cường độ điện trường giảm nhiều khi nhiệt độ tăng cao, gọi là phóng điện do nhiệt gây nên ở điện môi rắn.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
D. Sự phóng điện trong điện môi
So sánh giữa phóng điện do điện và phóng điện do nhiệt:
Phóng điện điện
Phóng điện do nhiệt
-Xuất hiên ở cường độ điện trường lớn và xảy ra trong thời gian ngắn.
-Xảy ra trong thời gian dài để có thời
gian làm tăng nhiệt độ.
- Không phụ thuộc vào chiều dày điện môi
Phụ thuộc vào chiều dày điện môi, Eđt giảm khi chiều dày tăng.
- Ít phụ thuộc vào nhiệt độ
- Phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ
Xảy ra nơi yếu nhất và có cường độ
điện trường lớn nhất
Xảy ra nơi phát nhiệt lớn nhất và sự
truyền nhiệt, dẫn nhiệt kém nhất
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
D. Sự phóng điện trong điện môi
Phân biệt các dạng đánh thủng:
Đánh thủng do điện các điện môi rắn đồng nhất vi mô.
Đánh thủng do điện các điện môi rắn không đồng nhất.
Đánh thủng do điện- hóa gây nên.
Đánh thủng do nhiệt gây nên.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
D. Sự phóng điện trong điện môi
2. Phóng điện bề mặt điện môi rắn
Phóng điện bề mặt xảy ra trong điện trường đồng nhất bé hơn điện áp chọc thủng khe hở khí ít nhất 2 lần. Hiện tượng chọc thủng điện môi rắn vì thế còn khó có thể xảy ra hơn so với không khí. Điện áp phóng điện giảm thấp do các nguyên nhân sau:
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
D. Sự phóng điện trong điện môi
- Tiếp xúc giữa điện cực và điện môi không tốt nên có một lớp không khí. Điện trường tại đây rất lớn sớm có quá trình ion hóa sinh ra điện tử và ion dương trên bề mặt, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phóng điện.
- Do tính hút ẩm của vật liệu nên mặt ngoài điện môi hình thành màng ẩm mỏng, bản thân màng ẩm có điện dẫn ion, dưới tác dụng của điện trường, các ion dịch chuyển về bản cực khác dấu. Trên mặt điện môi gần điện cực tích tụ các ion cùng dâu điện cực làm thay đổi điện áp trên mặt điện môi, trường trở nên không đồng nhất.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
D. Sự phóng điện trong điện môi
Trị số điện áp phóng điện bề mặt phụ thuộc vào các yếu tố:
Độ ẩm không khí ảnh hưởng rất lớn (>70% sẽ ngưng tụ khí ẩm)
Thời gian tác dụng của điện áp.
Tính hút ẩm của vật liệu.
Điện trường.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
D. Sự phóng điện trong điện môi
Nâng cao điện áp phóng điện bề mặt:
Tăng chiều dài phóng điện bề mặt.
Cải thiện sự phân bố trường.
Cải thiện bề mặt điện môi.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
E. TÍNH CHẤT CƠ LÝ HOÁ

Khi lựa chọn vật liệu cách điện sử dụng vào một mục đích cụ thể, ta cần chú ý đến :
Tính chất điện ở điều kiện bình thường cũng như độ ổn định của các tính chất đó khi có sự tác động của độ ẩm, sự thay đổi nhiệt độ và các tia phóng xạ.
Tính cơ học của vật liệu như : tính bền kéo, nén, uốn, va đập, độ cứng và độ đàn hồi của nó.
Tính chất cơ lý hoá như : tính dễ bị oxy hoá độ hòa tan độ bám dính tính chống các vi sinh vật và sự tạo thành nấm mốc.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
E. TÍNH CHẤT CƠ LÝ HOÁ
a. Tính hút ẩm :
Các vật liệu cách điện nói chung ít hay nhiều đều hút ẩm vào bên trong từ môi trường xung quanh hay thấm ẩm
Ở điều kiện bình thường nhiệt độ từ 20oC ÷ 25oC thì độ ẩm của không khí thường chọn là 60% ÷ 70% thì ít gây tác động trên các vật liệu.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
E. TÍNH CHẤT CƠ LÝ HOÁ
Tác động của độ ẩm đặc biệt rõ rệt ở nhiệt độ từ 300C ÷ 400C khi độ ẩm không khí là 90% đến 100% và cũng tùy vào kết cấu của từng loại vật liệu mà mức độ hút ẩm hoặc thấm ẩm sẽ khác nhau. Thí dụ : với vật liệu giấy, vải thì độ hút ẩm mạnh, vật liệu thủy tinh, gốm, sứ thì độ hút ẩm coi như bằng 0.
Tuy nhiên ta có thể làm giảm tính hút ẩm bằng cách tẩm, sơn phủ . Ngoài ra khi sử dụng lâu dài các thiết bị điện ở môi trường ẩm ta cần chú ý đến sự xuất hiện nấm móc vì nó sẽ làm:

CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
E. TÍNH CHẤT CƠ LÝ HOÁ
Giảm điện trở suất mặt.
Giảm độ bền cơ.
Tăng tổn thất điện môi.
Gây ăn mòn cho các kim loại tiếp xúc với nó.
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
E. TÍNH CHẤT CƠ LÝ HOÁ
b. Tính chất cơ :
Các chi tiết bằng vật liệu cách điện trong các thiết bị điện khi vận hành ngoài sự tác động của điện trường còn phải chịu tác động của các phụ tải cơ học. Vì vậy khi chọn vật liệu cần phải xem xét tới độ bền cơ học và khả năng chịu đựng của chúng mà không bị biến dạng. Do đó chúng ta phải xét đến: - Độ bền khi kéo, nén và uốn.
Độ giòn, độ cứng để không bị phá hủy khi có xung lực đặt vào
Độ nhớt (với chất lỏng hoặc nửa lỏng)
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
E. TÍNH CHẤT CƠ LÝ HOÁ
c. Tính chất nhiệt:
Những tính chất nhiệt quan trọng nhất của điện môi là: độ bền nhiệt, độ bền chịu lạnh, độ dẫn nhiệt và dãn nở nhiệt.
Riêng đối với điện môi lỏng có đưa ra hai khái niệm là nhiệt độ chớp cháy và nhiệt độ cháy.
Nhiệt độ chớp cháy là nhiệt độ của chất lỏng mà khi nung nóng đến nhiệt độ đó hỗn hợp hơi của nó với không khí sẽ bốc cháy khi đưa lửa vào gần. Nhiệt độ cháy là nhiệt độ cao hơn mà ở đó khi đưa ngọn lửa lại gần bản thân chất lỏng thử nghiệm bắt đầu cháy.
Vật liệu cách điện phân làm 7 cấp theo tính chịu nhiệt
CHƯƠNG I: TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI.
E. TÍNH CHẤT CƠ LÝ HOÁ
d. Tính chất hóa học của chất điện môi:
Chúng ta phải nghiên cứu tính chất hoá học điện môi v�