CONDUCTIVITATEA MATERIALELOR ELECTROIZOLANTE SOLIDE

Conductivitatea materialelor electroizolante solide

Conductibilitatea dielectricilor solizi depinde de structura lor. Dielectricii solizi cu structura amorfa au conductibilitate de natura ionica si cum pot fi considerati ca niste lichide supraracite, rezulta ca expresia conductivitatii este aceeasi (1.14) ca si in cazul lichidelor cu observatia ca difera frecventa de oscilatie termica n si timpul de relaxare t, fata de cazul lichidelor. De exemplu daca la lichide t = 10^-11-10^-12 [s], la solidele amorfe t este de ordinul zecilor sau sutelor de ani.

In cazul dielectricilor solizi cu structura cristalina, conductibilitatea este de na­tura ionica la campuri mici si mijlocii si temperaturi uzuale, iar la campuri foarte in­tense, asa cum s‑a aratat enterior (fig. 1.2.) apare si o conductibilitate de natura elec­tronica care se suprapune peste prima, efectul cumulativ putand sa duca la stra­pun­ge­re.

Conductibilitatea ionica este cauzata de ioni care primes in decursul timpului o energie suficienta, generata de vibratiile retelei, incat parasesc nodu retelei si migrea­za fie intr‑un interstitiu, fie intr‑un alt nod vacant. Alti purtatori de sarcina provin din ionii impuritatilor care formeaza de asemenea defecte de retea de intersti­tiu. Ionii ca­re formeaza defecte fiind mai slab legati de retea contribuie la conductia electrica.

Luand in considerare toate sursele de purtatori de sarcina, inclusiv electronii ce pot fi promovati la campuri foarte intense in banda de conductie, cat si golurile rama­se in urma lor in banda de valenta, expresia generala a conductivitatii dielectricilor so­lizi este:

(1.22.)

in care energia W_i este constituita din energia corespunzatoare barieirei de potential si din energia necesara formarii defectelor. Energia barierei de potential se mai numeste si energie de activare.

Din (1.22.) se deduce ca la dielectricii solizi, conductivitatea creste sensibil cu temperatura. Relatiile stabilite pentru conductivitate sunt valabile pana la limita temperaturii care nu schimba structura si calitatile electroizolante ale corpului. Daca se reprezinta grafic (1.22.) ca in figura 1.5., se poate constata ca in domeniul tempe­raturilor uzuale conductivitatea este predominant ionica, datorita defectelor de retea, iar la temperaturi mai mari, apare si conductivitatea electronica. De asemenea, din (1.22.) rezulta ca s nu depinde de intensitatea campului electric, in domeniul campu­rilor mici si mijlocii. La campuri insa ce depasesc (10⁶ V/m), cum s‑a aratat in figura 1.2. conductivitatea depinde de intensitatea campului electric E conform legii lui Poole (1.21.).

Figura 1.5.Dependenta de temperatura a conductivitatii.

Rezistivitatea de suprafata este datorata depunerii pe suprafata dielectricilor so­lizi a vaporilor din atmosfera in amestec cu diverse impuritati. Se formeaza in acest fel o pelicula la suprafata dielectricului care prezinta conductivitate, in general, mai mare decat conductivitatea volumetrica. In stare uscata si curata, suprafata dielectri­cu­lui poate avea rezistivitatea superioara, ca ordin de marime, rezistivitatii de volum. Aceasta este insa o situatie ideala, care in practica nu se poate realiza. Starea supra­fe­tei dielectricului, din punct de vedere al conductiei electrice se caracterizeaza prin re­zistivitate de suprafata ce se determina experimental asa cum s‑a aratat anterior.

Pentru a avea marimi de referinta univoc determinate masurarile se efectu­ea­za pe suprafetele necontaminate ale dielectricului. Pe suprafetele dielectricilor in exploa­tare intre elementele de contaminare predomina scamele care fiind foarte higro­sco­pi­ce absorb din atmosfera vapori de apa, uleiuri, acizi etc. Ceea ce mareste considerabil conductivitatea. Pe de alta parte impuritatile ionizate din atmosfera pot fi antrenate la suprafata dielectricilor si de campurile electrice ale masinilor si apara­te­lor electrice. La masinile si aparatele electrice deschise conductia stratului de conta­minare este in­fluentata si de umiditatea si temperatura atmosferica.

Pentru a evita scurgerile de curenti pe suprafata dielectricului se impune pastra­rea suprafetei acestuia in stare cat mai curata si folosirea unor lacuri de acope­rire la care sa nu adere impuritatile si umezeala. Consecintele grave ale nerespectarii acestei conditii (sau a folosirii unor materiale neadecvate) se intalesc la placile de borne ale masinilor electice; la bateriile uscate; la indusul masinii electrice cu colec­tor, unde da­torita depunerii in pericula de pe suprafata izolatiei a pulberii de grafit rezultate din uzura periilor, apar scurtcircuite intre lamele si, in final, explozia colec­torului. Avaria este grava mai ales la motoarele de tractiune, la generatoarele locomo­tivelor Diesel - electrice si a excitatoarelor din centralele electrice etc.

Mentinerea la valori ridicate a rezistivitatilor de volum si de suprafata, este de­terminanta pentru longevitatea oricarui sistem de izolatie si implicit a produselor elec­trotehnice.