Giáo Trình: Vật Liệu Điện doc

Giáo trình

Vật Liệu điện













Giáo trình Vật liệu điện
Biên soạn: Đỗ Nh Trởng 3

LI NểI U
Trong bt k mt ngnh sn xut no thỡ nguyờn vt liu gi mt vai trũ
vụ cựng quan trng, nht l i vi s phỏt trin vi tc chúng mt ca khoa
hc k thut thỡ nú ũi hi phi cú nhng vt liu mi ỏp ng c nhu cu
phc v cho s phỏt trin.
c bit i vi ngnh k thut in thỡ vt liu li gi mt vai trũ quyt
nh n s phỏt trin ca ngnh. Vỡ nu khụng cú vt liu cỏch in, vt liu
dn t thỡ khụng th ch to mt loi thit b in no dự l n gin nht.

Vi mt vai trũ quan trng nh vy v xut phỏt t yờu cu, k hoch o
to, chng trỡnh mụn hc ca Trng Cao ng Ngoi ng - Cụng ngh Vit
Nht. Chỳng tụi ó biờn son cun giỏo trỡnh Vt liu in gm 6 chng vi
nhng ni dung c bn sau:
- Nhng lý thuyt c bn ca vt liu in.
- Nguyờn nhõn cỏc hin tng vt lý xy ra trong vt liu in.
- Phõn loi vt liu in.
- Nhng c tớnh ch yu ca vt liu in.
Giỏo trỡnh Vt liu in c biờn son phc v cho cụng tỏc ging dy
ca giỏo viờn v l ti liu hc tp ca hc sinh.
Do chuyờn mụn v thi gian cú hn nờn khụng trỏnh khi nhng thiu sút,
vy rt mong nhn c ý kin úng gúp ca ng nghip v bn oc cun
sỏch t cht lng cao hn.

TC GI
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Giáo trình Vật liệu điện
Biên soạn: Đỗ Nh Trởng 4

Chơng I: Sự phân cực điện môi
I. cấu tạo vật chất
Vật chất đợc cấu tạo từ các hạt cơ bản: Proton, Notron và điện tử. Proton
mang điện tích dơng, điện tử mang điện tích âm còn Notron không mang điện
tích.
Hạt nhân nguyên tử cấu tạo bởi Proton và Notron, các điện tử lấp đầt lớp
vỏ nguyên tử làm cân bằng điện tích dơng của hạt nhân.
Trong nguyên tử, điện tử chỉ có thể chuyển động trên những quỹ đạo xác
định, khi quay trên quỹ đạo đó năng lợng đợc bảo toàn. Mỗi quỹ đạo ứng với
một mức năng lợng. Quỹ đạo gần hạt nhân ứng với mức năng lợng thấp, quỹ
đạo xa hạt nhân ứng với mức năng lơng cao hơn.

Khi điện tử chuyển từ quỹ đạo này sang quỹ đạo khác thì hấp thụ hay giải
phóng năng lợng. Các nguyên tử liên kết với nhau tạo thành phân tử. Nguyên tử
mất một điện tử trở thành ion dơng. nguyên tử nhận đợc thêm một điện tử sẽ
trở thành ion âm. các chất lỏng, rắn, khí có thể đợc cấu tạo từ nguyên tử hay
phân tử hay ion.
1. Các dạng liên kết vật chất.
a) Liên kết đồng hoá trị
Là sự liên kết của một số nguyên tử thành phân tử nhở các điện tử góp
chung.
Ví dụ: O
2
, H
2
, Cl
2
sự liên kết đồng hoá trị làm cho lớp điện tử ở ngoài cùng
đợc lấp đầy, nên rất vững chắc, nó khó có thể mất hoặc nhân thêm điện tử. Vậy
các chất có cấu tạo theo kiểu liên kết này thuộc loại vật liệu cách điện tốt.
Trong liên kết đồng hoá trị đợc chia ra làm hai phần:
- Liên kết trung tính: Là liên kết đồng hoá rị có tâm của các điệ tích dơng
trùng với tâm điện tích âm.
Ví dụ: Lấy cấu trúc của phân tử Cl làm ví dụ: Phân tử này gồm hai nguyên
tử Cl.



Phân tử Cl có hai điện tử góp chung nh vậy nguyên tử Cl sẽ có thêm một
điện tử ở lớp ngoài, tổng có 8 điện tử lớp ngoài nên rất bền vững.
Cl

Cl

Cl

Cl

+

=

=

Cl

Cl

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Giáo trình Vật liệu điện
Biên soạn: Đỗ Nh Trởng 5

- Liên kết cực tính (lỡng tính): Là liên kết khi có tâm điện tích dơng
cách tâm điện tích âm một khoảng là a nào đó.
Ví dụ: HCl (Axit Clohyđric).



b) Liên kết ion
Là liên kết do lực hút giữa các ion dơng và các ion â với nhau, loại liên
két này có sức bền chảy cao và cơ giới cao.
Ví dụ: NaCl = Na

+
+ Cl
-

c) Liên kết Van - đec van.
Loại liên kết này thờng gặp ở loại vật liệu có mạng tinh thể không vững
chắc, có nhiệt độ nóng chảy thấp nh Parafin.
2. Thuyết miền năng lợng






Tất cả các vật thể tuỳ theo tính chất dẫn điện của nó có thể nằm trong
nhóm vật dẫn, bán dẫn hoặc điện môi. Sự khác nhau giữa các nhóm đợc biểu thị
bằng đồ thị năng lợng theo lý thuyết của các miền năng lợng của vật rắn.
- Miền đầy: Có nhiều điện tử, sự liên kết giữa điện tử và hạt nhân là bền
vững, tơng ứng với nguyên tử trạng thái không bị kích thích.
- Miền dẫn: Có nhiều điện tử tự do, các điện tử liên kết yếu với hạt nhân,
nó dễ bị chuyển động dới tác dụng của điện trờng (tơng ứng với nguyên tử bị
kích thích).
- Miền cấm: Điện tử tự do không có ở miền này.
a) Vật dẫn
Có miền đầy nằm sát với miền dẫn do đó điện tử trong kim loại đợc tự
do, nó có thể chuyển động từ miền đầy sang miền dẫn dới tác dụng của cờng
độ điện trờng (E) yếu đặt vào vật dẫn.
b) Bán dẫn
1. Miền đầy

2

1

2

3

1

2

3

1

2. Miền dẫn (rỗng)

3
. Miền cấm

H

Cl

Cl

H

+

=

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Giáo trình Vật liệu điện
Biên soạn: Đỗ Nh Trởng 6

Có miền cấm hẹp, vùng này có thể khắc phục đợc nhờ tác dụng của năng
lơng từ bên ngoài vào các điện tử ở vùng đầy có thể chuyển động sang vùng
dẫn đợc do vậy vật dẫn có thể dẫn điện.
c) Điện môi
Có miền cấm lớn, các điện tử khó có thể chuyển động từ miền đầy sang
miền dẫn đợc. Do đó điện môi muốn trở thành vật dẫn phải có từ trờng E
mạnh ở ngoài tác dụng vào.
II. sự phân cực của điện môi
Điện môi là tất cả các vật liệu cách điện, nó tồn tại ở các trạng thái: Khí,
lỏng, rắn. Một hiện tợng cơ bản phát sinh trong môi chất khi đặt vào nó trong
điện trờng đó là hiện tợng phân cực.
Sự phân cực của điện môi là sự chuyển dịch có hớng và có giới hạn của
các điện tích hoặc sự định hớng từng phần của các phân tử lỡng cực.
Các đại lợng phân cực là:
p(

) : Điện trở suất, điện dẫn suất


: Hằng số điện môi


(hoặc tg

) : Góc tổn hao điện môi
E
ct
: Cờng độ điện trờng chọc thủng
1. Hiện tợng phân cực
a) Phân tử trung tính







-

-

-

-

-

-

-

-

-

-


+ + + + + + +

Khi cú in trng tỏc dng

Bỡnh th
ng
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Giáo trình Vật liệu điện
Biên soạn: Đỗ Nh Trởng 7

b) Phõn t cc tớnh (lng cc)










Dới tác dụng của điện trờng, các điện tích liên kết của điện môi bị xoay
theo hớng của lực tác dụng vào nó, cờng độ điện trờng càng mạnh, điện tích
chuyển hớng càng mạnh. Điện tích dơng chuyển dịch theo hớng chuyển dịch
của điện trờng tác dụng, còn điện tích âm thì chuyển dịch theo hớng ngợc lai.

Khi không còn điện trờng tác dụng nữa thì các điện tích lại quay trở về trạng
thái ban đầu.
Trong điện môi lỡng cực tác dụng của điện trờng gây nên sự định hớng
tơng ứng các phần tử lỡng cực kết quả là trên bề mặt của điện môi hình thành
những lớp điện tích trái dấu nhau, ở mặt hớng về điện cực dơng xuất hiện lớp
điện tích âm, còn ở mặt hớng về điện tích âm thì xuất hiện lớp điện tích dơng
lúc này sự phân cực đ xong. Khi điện môi đó là một tụ điện đợc tích điện.
2. Hệ số điện môi (

)
ý nghĩa của điện môi: Là một đại lợng đánh giá sự phân cực mạnh hay
yéu của chất điện môi.
Xét điện môi bất kỳ có gắn các điện cực đợc cắm vào mạch điện đều có
thể xem nh là một tụ điện có điện dung xác địn nh ta biết, điện tích của tụ điện
sẽ là:
Q = C.U (1.1)
Trong đó: C là điện dung của tụ
U là điện áp đặt vào tụ điện.
Điện tích Q ở trị số điện áp cho trớc gồm hai thành phần:
Q = Q
0
+ Q (1.2)
Q
0
Là thành phần có ở điện cực nếu nh giữa các cực là chân không
Q Là thành phần tạo nên bởi sự phân cực điện môi giữa các điện cực
+ + + + + + +

+ + + + + + +

-
+
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
Khi cú in trng tỏc dng

Bỡnh th
ng
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Giáo trình Vật liệu điện
Biên soạn: Đỗ Nh Trởng 8

Một trong những đặc tính quan trọng nhất cảu điện môi cs ý nghĩa đặc biệt
đối với kỹ thuật là hằng số điện môi tơng đối. Đại lợng này là tỷ số giữa điện
tích Q của tụ điện chế tạo từ loại điện môi ấy khi điện áp đặt vào có một giá trị
nào đó với Q
0
là điện tích của tụ cùng kích thơc đặt dới điện áp cùng trị số
nhng giữa các điện cực là chân không.
1
Q
Q'

Q
QQ'
Q
Q
Q
Q

00
0
00
+=
+
===
(1.3)
Từ biểu thức (1.3) ta sẽ suy ra đợc hằng số điện môi tơng đối của bất kỳ
chất nào cũng lớn hơn 1 và chỉ bằng 1 khi điện môi là chân không.
Cần chú ý rằng giá tị hằng số điện môi của chân không phụ thuộc vào hệ
số đơn vị. Trong hệ CGDE nó bằng 1 còn trong hệ SI nó bằng:
)
m
F
(
36
6.
1

9
=

Giá trị hằng số điện môi tơng đối của một chất bất kỳ không phụ thuộc

vào việc lựa chọn hệ đơn vị.
Trong những phần tiếp theo chính đại lợng hằng số điện mội này dùng để
đặc trng cho chất lợng của điện môi, nhng để ngắn gọn ta bỏ bớt chữ tơng
đối.
Nh vậy quan hệ 1.1 có thể biểu diễn dới dạng phơng trình:
Q = Q
0
= C.U = C
0
.U. (1.4)
Trong đó: C
0
: Điện dung của tụ điện đó khi giữa các điện cực là chân
không. Từ (1.4) rõ ràng hằng số điện môi của của một chất nào đó có thể đợc
xác định bằng tỷ số giữa điện dung của tụ điện có điện môi là chất đó với điện
dung của tụ điện cùng kích thớc nhng mội là chân không.
0
C
C
=

Vậy ta định nghĩa: Hằng số điện môi của một chất điện môi nào đó đợc
xác định bằng tỷ số giữa điện dung của tụ điện có điện môi làm bằng chất đó và
điện dung của tụ điện có cùng kích thớc nhng điện môi là chân không.
III. Các dạng phân cực của điện môi
Dựa trên nguyên tắc về thành phần, đặc điểm hoặc thời gian của sự phân
cực ngời ta chia phân cực ra các dạng sau:
1. Theo các loại phần tử tích điện tham gia vào quá trình phân cực.
a) Phân cực điện tử
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

Giáo trình Vật liệu điện
Biên soạn: Đỗ Nh Trởng 9

Là dạng phân cực do sự xê dịch có giới hạn của các quỹ đạo chuyển động
của cá điện tử dới dạng của điện trờng bên ngoài. Phân cực điện tử xảy ra ở tất
cả các nguyên tử, phân tử, ion. Đặc điểm của dạng phân cực này nó có thời gian
ổn định phân cực vô cùng ngắn 10
-14
ữ 10
-13
s.
b) Phân cực ion
Là dạng phân cực gây nên bởi sự xê dịch của các ion liên kết của các chất
điện môi dới tác dụng của điện trờng ngoài thời gian ổn định phân cực 10
-13
ữ
10
-12
s.
c)Phân cực lỡng cực
Là dạng phân cực gây nên bởi sự định hớng các phân tử có cự tính dới
tác dụng của điện trờng ngoài.
d) Phân cực kết cấu
Là loại phân cực xảy ra trong các loại điện môi rắn có kết cấu không đồng
nhât. Trong gianh giới giữa hai môi trờng khác nhau của chất điện môi sẽ tích
luỹ một lợng điện tích gây ra sự phân cực, quá trình này kéo dài hàng phút đến
hàng giờ.
e) Phân cực tự phát
Là dạng phân cực của các điện môi Xec nhet. Nó có đặc điểm là tự phân
cực khi E ngoài bằng 0.

Dới tác dụng của điện trờng ngoài dẫn tới phân cực rất mạnh, cao có
tiêu tần năng lợng.
2. Theo các dạng tác dụng có các dạng sau:
a) Phân cực đàn hồi
Là dạng phân cực xảy ra do biến dạng đàn hôi của các phân tử. Phân cực
điện tử và phân cực ion là các phân cực đàn hồi.
b) Phân cực nhiệt
Là dạng phân cực mà điện môi có mômen cảm ứng dới tác dụng của bên
ngoài do sự phân bố không đối xứng của các điện tích khi chúng ở trạng thái
chuyển động nhiệt.
3. Theo vận tốc phân cực
Chia ra các dạng sau:
a) Phân cực nhanh: Gồm các phân cực điện tử, ion (không toả nhiệt)
b) Phân cực chậm: Nh phân cực kết cấu, thời gian xảy ra phân cực kéo
dài (có sự tổn thất năng lợng).
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Giáo trình Vật liệu điện
Biên soạn: Đỗ Nh Trởng 10
4. Sơ đồ đẳng trị của điện môi
Sự phân cực của điện môi có thể xảy ra nhiều loại phân cực trong điện môi
đó hoặc có loạiu điện môi chỉ phân cực ở loại này hoặc loại khác. để biểu thị các
loại phân cực của điện môi ta dùng sơ đồ đẳng trị.







Trong đó:

- Nhánh Q
0
và C
0
đặc trng cho sự phân cực chân không.
- Nhánh Q
c
và C
c
đặc trng cho sự phân cực điện tử.
- Nhánh Q
i
và C
i
đặc trng cho sự phân cực ion dới tác dụng của điện
trờng (E) các ion của điện môi sẽ chuyển dịch.
- Nhánh Q
lcc
và C
lcc
đặc trng cho sự phân cực lỡng cực chậm dới tác
dụng của E các phân tử lỡng cực sẽ xoay theo hớng của điện trờng. Do đó sự
phân cực này có tiêu hao năng lợng nên trong sơ đồ điện dung C đợc nối tiếp
với điện trở, điện trở R này đặc trng cho sự tiêu hao năng lợng cho sự phân
cực gây ra.
- Nhánh Q
ic
, C
ic
và R

ic
đặc trng cho sự phân cực ion chậm, loại này có
các ion liên kết yếu trong mạng tinh thể sẽ chuyển dịch khi có điện trờng tác
dụng.
- Nhánh Q
ic
, C
ic
và R
ic
đặc trng cho sự phân cực chậm.
- Nhánh Q
kc
, C
kc
và R
kc
đặc trng cho sự phân cực kết cấu, loại phân cực
này chỉ xảy ra đối với các loại điện môi rắn có kết cấu không đồng nhất.
- Nhánh Q
tp
, C
tp
và R
tp
đặc trng cho sự phân cực tự phát, loại này xảy ra
đối với các loại điện môi rắn có kết cấu ion gọi là điện môi Xe Nhít. Sự phân
cực tự phát kèm theo khuếch tán năng lợng đáng kể tức là tỏa nhiệt.
-
Nhánh có R

cd
là điện trở cách điện đặc trng bởi dòng điện rò qua điện
môi.

R
cd

U

Q
i
C
i
Q
c
C
c
Q
0
C
0
R
kc

Q
kc

C
kc

R
tp
Q
tp
C
tp
R
cc

Q
cc

C
cc
R
ic
Q
ic
C
ic
R
lcc

Q
lcc
C
lcc
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Giáo trình Vật liệu điện
Biên soạn: Đỗ Nh Trởng 11

IV. hệ số điện môi của các loại môi chất
1. Hằng số điện môi của điện môi khí
Các chất khí có đặc điểm là mật độ rất bé, khoảng cách giữa các phân tử
lớn. Nhờ đó sự phân cực chất khí không đáng kể và hằng số điện môi của chất
khí gần bằng 1. Sự phân cực của chất khí có thể là thuần tuý điện tử hoặc lỡng
cực nếu phân tử khí đó có cực tính. Nhng ngay đối với khí có cực tính, sự phân
cực điện tử vẫn có ý nghĩa chủ yếu.
2. Hằng số điện môi của chất lỏng
So với môi chất khí môi chất lỏng có kết cấu phức tạp hơn nhiều nên quá
trình phân cực trong chất lỏng cũng phức tạp hơn, do đó ta có thể phân làm hai
loại moi chất lỏng sau:
a) Môi chất lỏng trung tính (Dầu Máy biến áp, Benzen )
Trong môi chất này chủ yếu xuất hện loại phân cực tức thời, trị số 2,5
Ví dụ: Dầu Máy biến áp = 2,2
Dầu Benzen = 2,48
Đối với chất lỏng trung tính thì phụ thuộc vào nhiệt độ (hình vẽ 4.1) còn
tần số lại không ảnh hởng đến .







b) Môi chất lỏng có cực tính
Môi chất lỏng này có kết cấu là những phân tử không trung hoà về điện
hoặc kết cấu lỡng cực.
Ví dụ: Nớc cất, dầu thầu dầu, sơn Sôn vô

Tên gọi chất lỏng

ở t
0
= 20
0
C và f = 50Hz
Thầu dầu 4,5
Xô vôn 5,0

* Xét quan hệ của với nhiệt độ: = f(t)
t
0
sôi



t
0


f

0

0



Hình vẽ 4.1

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

Giáo trình Vật liệu điện
Biên soạn: Đỗ Nh Trởng 12
- Khi nhiệt dộ tăng đến t
1
thì tăng nhng tăng chậm, tiếp tục tăng đến
nhiệt độ t
2
thì tăng nhanh
- Nếu tăng nhiệt độ t
0
> t
0
2
thì giảm, nh vậy đờng biến thiên có một
điểm cực đại ứng với điện môi lỏng ở trạng thái vật lý cực tính. Trạng thái vật lý
đó là do sự cộng hởng của hai dao động do nhiệt và do điện trờng tác động (do
cản trở của nhiệt độ làm cho sự phân cực khó khăn vì vậy khi t
0
tăng sẽ làm cho
giảm).
* Xét quan hệ của với tần số: = f() hoặc = F(f)
Ta thấy giảm vì f thay đổi tức là khi f tăng thì sự xoay hớn của cá phân
tử lỡng cực càng khó khăn. Nếu f tăng đến giá trị giới hạn nào đó thì sự phân
cực trở lên không hoàn thành và giảm.

3. Hằng số điện môi của chất rắn
a) Môi chất rắn có kết cấu phân tử trung tính (Parafin, lu huỳnh ) và các
môi chất rắn có kết cấu tinh thể chặt chẽ (NaCl, Al
2
O
3
).
Loại môi chất này có kết cấu trung tính và kết cấu ion chặt chẽ nên chỉ có
phân cực tức thời của điện tử ion.
Tên gọi vật liệu

Hệ số khúc xạ

n
2

Parafin
1,43 2,06
1,9 ữ 2,2
Polistirol
1,55 3,4
2,4 ữ 2,6
Lu huỳnh
1,92 3,60
3,6 ữ 4,0
Kim cơng
2,40 5,76
5,6 ữ 5,8

* Xét khi nhiệt độ tăng

- Với môi chất có kết cấu phân tử trung tính (ví dụ: Parafin) ta thấy trị số
giảm do mật độ phân tử giảm đến nhiệt độ nóng chảy của môi chất thì càng
giảm xuống mạnh, vì mật độ phân tử lức đó có sự giảm nhảy vọt (ví dụ Parafin
có nhiệt độ nóng chảy ở t
0
= 50
0
C).

max

0

t
0

t
0
1
t
0
2


0

f

lc


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Giáo trình Vật liệu điện
Biên soạn: Đỗ Nh Trởng 13
- Môi chất có kết cấu ion chặt chẽ. Khi nhiệt độ tăng thì khả năng cực hoá
tăng hơn sự giảm của mật độ phân tử do vậy mà tăng.
b) Môi chất rắn có kết cấu tinh thể yếu (tức kết cấu ion không chặt chẽ)
Môi chất có kết cấu cực tính (nh vật liệu Xenlulô, cao su, cao phân tử )
ngoài phân cực tức thời còn có thể có sự phân cực chậm. Do đó quan hệ phụ
thuộc của với niệt độ và tần số cũng giống nh môi chất lỏng cực tính.
c) Môi chất rắn có kết cấu phức tạp
Đây là môi chất thờng gặp trong thực tế. Kết cấu của nó gồm nhiều thành
phần có trị số khác nhau.
Trị số của loại môi chất này đợc xác định gần đúng nh sau:

x
=
1

x
1
+
2

x
2

Trong đó: ,
1
và
2
tơng ứng với hằng số điện môi của hỗn hợp và của
các thành phần riêng

1
,
2
: Nồng độ theo thể tích của các thành phần thoả mn biểu thức

1
+
2
= 1
x: Hằng số đặc trng cho sự phân bố của các thành phần và giá trị
từ +1-1.
- Khi mắc nối tiếp các thành phần x = -1 ta có:
2
2
1
1





1
+=

- Khi mắc song song các thành phần x = -1 biểu thức có dạng:
=
1

1
+
2

2

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Giáo trình Vật liệu điện
Biên soạn: Đỗ Nh Trởng 14
Chơng II: Tính dẫn điện của điện môi
I. Đặc điểm của điện môi trong điện trờng
Khi các điện môi nằm trong điện trờng khi chịu tác dụng của một cờng
độ điện trờng E, trong trờng hợp đồng nhất thì E đợc xác định:
h
U
E =

Trong đó: E: Điện áp đặt lên hai điểm cực
h: Khoảng cách giữa hai điểm cực
Điện môi đặt dới điện trờng thì xảy ra hiện tợng cơ bản đó là sự dẫn
điện của điện môi và sự phân cực của điện môi.
Điện dẫn của điện môi đợc xác định bởi sự chuyển động có hớng của
các điện tích tự do tồn tại trong điện môi (các điện tích tự do có thể là điện tử
,ion hoặc các nhóm phần tử mang điện).
Dới tác dụng của điện trờng: F = E.q (N)

Trong đó: q: Điện tích của các phần tử mang điện tự do. Các điện tích
(+) chuyển động theo chiều của E và ngợc lại dẫn đến trong điện môi xuất hiện
một dòng điện. Trị số của dòng điện phụ thuộc vào mật độ các điện tích tự do
trong điện môi. Trong điện môi tồn tại rất ít các điện tử tự do còn lại là các điện
tích có liên kết chặt chẽ nên dới tác dụng của lực điện trờng chúng không thể
chuyển doọng xuyên suốt điện môi để tạo thành dòng điện mà chỉ có thể xê dịch
rất ít hoặc xoay hớng theo chiều của điện trờng.
Quá trình dẫn điện và phân cực một phần năng lợng bị tiêu hao và toả ra
dơí dạng nhiệt năng dẫn đến điện môi nóng lên đó là sự tổn hao điện môi lâu
dài dẫn đến điện môi bị lo hoá.
II. Khái niệm chung về điện dẫn của điện môi
Về giá trị dòng điện chạy qua điện môi bằng
tổng điện tích chuyển động qua một tiết diện vuông
góc trong một đơn vị diện tích thời gian.
Xét một mô hình điện môi có dạng hình trụ có
tiết diện vuông góc là S chiều dài bừng vận tốc
chuyển động trung bình của các phần tử trong một
thời gian xác định
V
chiều của điện trờng trùng với trục hình trụ.
l = V

S

E

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Giáo trình Vật liệu điện
Biên soạn: Đỗ Nh Trởng 15
Giả thiết diện tích chứa trong điện môi là n và mỗi phần tử có điện tích là

q. Dới tác dụng của E sau một đơn vị thời gian thì các điện tích tự do chuyển
động qua hết tiết diện S. Tổng điện tích qua S bằng tổng điện tích chứa trong thể
tích hình trụ.
Nh vậy dòng qua điện môi là:
Vq.n.s.q.n.vQI ===
(A) (1.2)
Hoặc I = J.S (J = q.n.
V
)
Trong đó: J là mật độ dòng điện A/m
2
. Tức là tổng điện tích chuyển
động qua một đơn vị điện tích các tiết diện vuông góc trong
một đơn vị thời gian.
q: Là điện lợng của điện tích
n: là mật độ của điện tích

V
: Vận tốc trung bình của các điện tích
1. Điện dẫn điện tử (dòng chuyển dịch)
Thành phần mang điện tích là các điện tử, loại điện dẫn này có trong tất cả
các điện môi. Các điện tử không phải là những hạt đại diện cho một nguyên tố
hoá học nào cả nên trong điện dẫn điện tử không xảy ra sự chuyển rời vật chất và
không thay đổi của điện môi.
2. Điện dẫn ion
Các thành phần mang điện là các ion dơng (+) và ion âm (-), khác với
điện tử cá ion mang đầy đủ tính chất của một nguyên tố hoá họcm nên trong
điện dẫn ion có sự chuyển rời vật chất các ion dới tác dụng của điện trờng dẫn
đến chuyển rời về hai điện cực bị trung hoà và tích luỹ dẫn trên hai điện cực,
giống nh quá trình điện phân.

3. Điện dẫn di (dòng điện dò)
Điện dẫn di là còn gọi là điện dẫn Molion, thành phần mang điện là các
nhóm, các phần tử tích điện, các tạp cất tồn tại trong chất điện môi.
ở trạng thái cân bằng trong chất điện môi có sự trao đổi liên tục giữa điện
tích của điện môi và điện tích của nguồn dẫn đến dòng điện qua điện môi là
không thay đổi và điện dẫn của điện môi cũng không đôi rheo thời gian. Đó là
trạng thái bảo toàn điện tích của điện môi.

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Giáo trình Vật liệu điện
Biên soạn: Đỗ Nh Trởng 16
III. điện dẫn của các điện môi khí
Trong các chất khí mật độ phân rử rất nhỏ khoảng cách giữa chúng lại lớn
cho nên lực tơng tác giữa chúng rất nhỏ trong chất khí luôn tồn tại một số ít các
điện tích tự do, chúng là kết quả quá trình ion hoá.
Mặc dù trong quá trình điện môi khí luôn xảy ra quá trình ion hoá tự nhien
nhng vì luôn có một số lợng điện tích tự do nhất định dẫn đến sự ion hoá các
tác hợp cân bằng nhau (số điện tích xuất hiện do ion hoá cân bằng với số điện
tích bị tác hợp).
Trong điện trờng mạnh dẫn tới sự ion hoá do va chạm tăng lên, lợng
điện tích tự do tăng nhanh. Dới tác dụng của điện trờng các điện tích tự do bắt
đầu chuyển động dẫn tới các điện tích tham gia cả vào quá trình tái hợp và cả
quá trình dẫn điện.
Khi điện trờng tăn dẫn đến dòng điện qua điện môi khí tăng do càng có
nhiều điện tích chuyển động đến điện cực.
Điều này đợc giải thíc là:
Do cờng độ điện trờng mạnh cho nên các điện tích tự do chuyển động
nhanh hơn về điện cực nên ít có khả năng tái hợp.
Hình vẽ biểu diễn quan hệ phụ thuộc của dòng điện chạy qua chất điện
môi vào điện áp đặt.

Vùng I: ứng với khu vực điện trờng bứ cho nên cờng độ điện trờng rất
hở dẫn tới số lợng điện tích tham gia vào quá trình dẫn điện nhỏ hơn so với số
lợng điện tích bị tái hợp. Nh vậy mật độ điện tích tự do ít và là một hằng số.
Điện dẫn của điện môi khí trong điện trờng yếu ta thấy dòng điện tăng tuyến
tính với điện áp.
Vùng II: ứng với khu vực có dòng điẹn bo hoà, điện trờng tăng dần dến
số điện tích chuyển động đến điện cực tăng, tại điểm a tất cả các điện tích xuất
hiện do ion hoá đều tham gia vào quá trình dẫn điện. Rõ ràng là dòng điện bo
hoà không phụ thộc vào điện áp, các yếu tố gây ion hoá tự nhiên là yếu tố quyết
định dòng bo hoà, mật độ dòng điện bo hoà J = 6.10
-15
(A/m
2
).
U U
3
U
2
U
1
0

I
bh
I

I

II

III

a

b

c

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Giáo trình Vật liệu điện
Biên soạn: Đỗ Nh Trởng 17
Vùng III: ứng với khu vực điện trờng mạnh (điện áp cao). ở khu vực này
bắt dầu dòng điện tăng nhanh, không giống nh định luật Ôm, điều này chỉ có
thể giải thích trên cơ sở của hiện tợng ion do va chạm, số ion hoá xuất hiện tăng
nhanh, nó là hàm của cờng độ điện trờng:
N
0
= N
E
J = N
E
.q.h (A/m
2
)
Trong đó: q là điện tích của phần tử mang điện (c)

h là khoảng cách hai điện cực (m)
Tại điểm xảy ra quá trình phóng điện trong chất khí tức là nối liền hai điện
cực bằng một cầu có điện dẫn cao, lúc này không khí trở thành vật dẫn điện.
IV. điện dẫn của các điện môi lỏng
Trong các điện môi lỏng tồn tại 2 loại điện dẫn khác nhau: Đó là điện dẫn
ion và điện dẫn điện di.
1. Điện dẫn ion của các điện môi lỏng
Khác với các điện môi khí trong điện môi lỏng các điện tích tự doxuất
hiện không chỉ do sự ion hoá gây nên mà còn do quá trình phân ly của các phân
tử của chính chất lỏng. Trong các điện môi lỏng bao giờ cũng lẫn tạp chất thông
thờng. Vì các tạp chất rất dễ phân ly hơn các phân tử của điện môi chính, nên
điện dẫn của điện môi lỏng gồ điện dẫn của điện môi chính và điện dẫn của tạp
chất.
Nớc là loại tạp chất phổ biến lẫn vào điện môi lỏng. Nó tồn tại dới 3
dạng: Nớc tan, nớc huyền phù và nớc d. Nớc d có thể nổi hoặc chình
tròng điện môi tuỳ thuộc vào tỷ trọng của nớc và tỷ trọng của điện môi, tỷ trọng
điện môi > 1000 kg/m
2
thì nớc d nổi và ngợc lại.
Khả năng phân ly của các phân tử cang lớn dẫn đến điện môi lỏng có điện
dẫn lớn.
2. Điện dẫn điện di
Điện dẫn điện di còn gọi là điện dẫn Molion là sự chuyển dích có hớng
của nhóm các phần tử mang điện (tích điện) dới tác dụng của điện trờng
ngoài.
Trong điện môi lỏng có tồn tại nhiều hạt dạng keo tích điện chuyển động
trong điện trờng giống nh các phần tử tích điện tự do.
Tuỳ theo sự quan hệ giữa của chất lỏng và của tạp chất dạng keo này
mà chúng có thể tích điện tích dơng (+) hoặc âm (-).
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

Giáo trình Vật liệu điện
Biên soạn: Đỗ Nh Trởng 18
- Nếu
tc
< chất lỏng: Hạt keo tích điện âm (-)
- Nếu
tc
> chất lỏng: Hạt keo tích điện dơng (+)
Trong điện trờng các hạt keo tập trung ở các điện cực hoặc là vùng có
cờng độ điện trờng lớn, do mật độ tạp chất các vùng này tăng cho nên tạp chất
trong điện môi giảm tức là làm sạch điện môi. Điện dẫn của điện môi lỏng sau
khi đóng vào điện một chiều thì giảm do hiệu ứng làm sạch. Hiệu ứng này không
xuấ hiện ở nguồn điện xoay chiều bởi vì có sự thay đổi hớng liên tục của các
hạt keo tích điện này.
V. Điện dẫn của các điện môi rắn
Điện môi rắn có rất nhiều và đa dạng về thành phần hoá học và cấu trúc,
về độ sạch và tạp chất Trong điện môi rắn các phần tử bị ràng buộc vào điểm
mút, chúng có chỉ có thể dao động quanh vị trí cân bằng này. quá trình chuyển
dịch của các phần tử từ vị trí này đến vị trí khác rất khó khăn. Điện dẫn của điện
môi rắn rất khác nhau, không những bởi loại điện môi mà còn bởi thành phần tạp
chất và điều kiện làm việc của chúng.
Trong điện môi rắn thành phần
mang điện tích là các điện tích tự do tồn
tại trong điện môi, chúng có thể là điện tử,
ion hoặc ion của các tạp chất. Điện dẫn
của điện môi rắn có thể là điện dẫn của
điện tử, điện dẫn ion hay tổng hợp của hai loại điện dẫn này. Các điện tích tự do
còn tồn tại ngay cả lớp bụi, ẩm bám trên bề mặt của điện môi. Do đó mà tồn tại
không chỉ dòng điện chạy xuyên qua bề dầy điện môi (dòng điện khối I
v

) mà còn
tồn tại dòng điện chạy theo bề mặt của nó (dòng điện mặt I
s
).
Chính vì vậy mà đối với điện môi rắn có hai khái niệm. Điện dẫn suất khối

V
và điện dẫn suất mặt
s



v
: Điện dẫn suất của điện môi.
Về trị số của điện troẻ suất khối là điện trở suất của một khối vật liệu có
dạng hình lập phơng có cạnh là 1cm khi dòng điện chạy qua hai mặt đối diện.
Đơn vị của
v
là cm.

s
: Điện trở mặt là điện trở của một phần mặt điện môi có dạng hình
vuông khi dòng điện đi qua hai cạnh đối diện, đơn vị là .
I
s

I
s

I

V

s
s
v
v

1

,

1

==
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Giáo trình Vật liệu điện
Biên soạn: Đỗ Nh Trởng 19
Chơng III: sự phóng điện trong
điện môi khí
I. khái niệm chung
Sự phóng điện trong điện môi khí
Khi nghiên cứu về điện dẫn của điện môi khí ta đ biết quan hệ giữa mật
độ dòng điện khí với cờng độ điện trờng tác dụng.
- Khi E < E
2
thì dòng điện trong điện môi khí không tự duy trì.
- Khi E > E
2
trong điện môi khí bắt đầu
xảy ra hiện tợng io hoá va chạm, dòng điện

trong chất khí tự duy trì, dòng điện lúc này tăng
lên rất nhanh, do đó chất khí sẽ mất hết tính chất
cách điện (chất khí cách điẹn bị chọc thủng).
Điện áp ứng với trờng hợp này gọi là điện áp
chọc thủng chất khí và cờng độ điện trờng
chọc thủng là:
d
U
E
CT
CT
=
(KV/cm)
Trong đó: E
CT
: Cờng độ điện trờng chọc thủng
U
CT
: Điện áp chọc thủng chất khí
d: Bề dày điện môi chỗ chọc thủng.
- Khi chất khí bị chọc thủng thì nó trở thành chất dẫn điện, có dố điện tử
tự do và số ion lớn gọi là Plasma. Plasma có điện dẫn lớn.
Vậy sự phóng điện trong chât khí là sự hình thành Plasma của toàn bộ hay
một phần chất khí trong không gian giữa các điện cực, sự phóng điện đó phụ
thộc vào dạng của điện trờng, công suất của nguồn và áp suất của chất khí môi
trờng xung quanh.
II. Các dạng phóng điện trong điện môi khí
ở đây ta nêu ra các dạng phóng điện sau:
1. Phóng điện toả sáng
Phóng điện toả sáng là dạng phóng điện trong khe hở không khí có áp suất

thấp. Trờng hợp này Plasma không thể có điện dẫn lớn, mặc dù mức độ ion hoá
có cao nhng vì số phân tử khí trong đơn vị khối rất ít.
0

E

E
2
= E
CT

E
1

j

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Giáo trình Vật liệu điện
Biên soạn: Đỗ Nh Trởng 20
Phóng điện tở sáng thờng chiếm cả khoảng không gian giữa các điện cực,
thí dụ nh phóng điện trong đèn neon.
2. Phóng điện tia lửa
Phóng điện tia lửa phát sinh trong khe hở không khí khi có áp suất cao,
công suất của nguồn không lớn lắm hoặc lớn nhng thời gian tác dụng của điện
áp nhỏ và chỉ phát sinh ra tia lửa hẹp giữa hai điện cực. Do công suất nhỏ, thời
gian tác dụng ngắn do đó tia lửa của nó bị gián đoạn, chập chờn gẫy khúc và có
khi chia thành nhánh giữa hai điện cực.
3. Phóng điện hồ quang
Phóng điện hồ quang là giai đoạn tiếp theo của phóng điện tia lửa khi công
suất của nguồn lớn. Trờng hợp này có thể có dòng điện lớn chạy qua khe hở

làm nóng chất khí giữa khe hở dẫn đến sự ion hoá nhiệt tăng, điện dẫn của khe
hở khí tăng và do đó lại làm cho dòng điện trong khe hở tăng tiếp đến khi đạt
đến trạng thái cân bằng (tức là khi tổn hao nhiệt của tia phóng điện là chấm dứt
sự tăng của nhiệt độ). Quá trình này cần có một thời gian, do đó phóng điện tia
lửa sẽ không tr thành phóng điện hồ quang nếu điện áp tác dụng lên khe hở trong
thời gian quá ngắn.
Nh vậy phóng điện hồ quang đặc trng bởi nhiệt cao và độ ion hoá cao.
4. Phóng điện vầng quang
Phóng điện vầng quan là một dạng phóng điện xảy ra trong điện trờng
không đồng nhất. Trờng hợp này sự phóng điện (sự ion hoá) chỉ phát sinh trong
một khu vực bé xung quanh điện cực có cờng độ điện trờng lớn. Khi có phóng
điện vầng quang khe hở khí không phải đ mất tính chất cách điện, tuy vậy trong
các kết cấu cách điện không nên để xảy ra phóng điện vầng quang.
II. Hiện tợng ion hoá kích thích kết
hợp khuếch tán
1. Hiện tợng ion hoá
Là hiện tợng nguyên tử khí hoặc phân tử hấp thụ thêm năng lợng ở bên
ngoài (do va chạm hoặc do các tia lửa bức xạ) làm cho một điện tử của nguyên tử
hoặc phân tử trung tính tách ra khỏi nguyên tử hoặc phân tử đó. Điện tử bị tách
ra có thể thàh điện tử tự do hoặc bị nguyên tử trung tính khác hấp thụ để trở
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Giáo trình Vật liệu điện
Biên soạn: Đỗ Nh Trởng 21
thành ion âm. Do có điện tử tách ra nên nguyên tử, phân tử bị mất cân bằng về
điện và sẽ trở thành ion dơng.
Điều kiện để có hiện tợng ion hoá là: W
e
W
i

Trong đó: W
e
là năng lợng mà điện tử nhận đợc
W
e
= E.q. E: Cờng độ điện trờng tác dụng
q: Điện tích của điện tử
: Đoạn đờng di chuyển tự do trung bình của
điện tử
W
i
là năng lợng cần thiết để ion hoá chất
W
i
= q.U
i
U
i
: Điện áp để ion hoá
q: Điện tích của điện tử
2. Hiện tợng kích thích
Là hiện tợng nguyên tử khí hấp thụ một năng lợng bé hơn năng lợng
ion hoá (W
e
< W
i
), lúc đó các điện tử chỉ có thể chuyển từ quỹ đạo này sang quỹ
đạo khác có mức năng lợng cao hơn. Nhng trạng thái đó chỉ tồn tại trong một
thời gian rất ngắn 10
-7

ữ 10
-8
. Sau thời gian này các điện tử trở về trạng thái ban
đầu có mức năng lợng thấp hơn
Năng lợng đ tiêu thụ cho quá trình kích thích, lúc này đợc thoát ra dới
dạng các tia sáng điện tử (quang tử).
3. Hiện tợng kết hợp
Là hiện tợng mà các ion dơng va chạm với các điện tử tự do hoặc với
các ion âm kết hợp với nhau để trở thành nguyên tử hay phân tử trung hoà. Hiện
tợng này làm giảm điện tích trong không gian. Quá trình kết hợp cũng phát ra
một năng lợng dới dạng bức xạ.
4. Hiện tợng khuếch tán
Là hiện tợng các ion và điện tử di chuyển từ vùng có mật độ lớn sang
vùng có mật độ bé.
Nguyên nhân của hiện tợng này là do sự chuyển động nhiệt hỗn loạn chứ
không phải do sự đẩy nhau của các ion cùng dấu, bởi vì dù cho mật độ các ion và
điện tử rất lớn nhng về tơng đối thì khoảng cách giữa chúng là rất lớn.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Giáo trình Vật liệu điện
Biên soạn: Đỗ Nh Trởng 22
III. các dạng ion hoá - các hệ số
1. Các dạng ion hoá
Ngời ta chia quá tình ion hoá chất khí ra làm hai loại: ion hoá bề mặt và
ion hóa thể tích.
1.1. Ion hoá bề mặt
Là hiện tợng điện tử tự do trong lớp kim loại làm điện cực âm vì một lý
do nào đó nhận thêm năng lợng để thoát ra khỏi bề mặt của các điện cực. Muốn
giải thoát một điện tử khỏi bề mặt điện cực thf phải cung cấp cho nó một năng
lợng lớn hơn công thoát (W
e

> W
i
).
Dựa vào nguồn cung cấp năng lợng cho quá trình ion hoá, ngời ta chia
các dạng ion hoá bề mặt nh sau:
a) Phát xạ nhiệt điện tử
Do cực âm bị đốt nóng, nhiệt độ cực âm tăng, tốc độ chuyển động của các
điện tử lớn cho động năng của điện tử lớn hơn công thoát thì điện tử sẽ chuyển
vợt qua khỏi hàng rào thế năng và thoát ra khỏ bề mặt của điện cực âm.
Phát xạ nhiệt điện tử đợc ding trong các dụng cụ điện tử, ở đó cực âm
đợc đốt nóng để phát xạ nhiều điện tử.
b) Phát xạ nguội (tính điện)
Dới tác dụng của điện trờng mạnh (E = 1.000HV/cm), điện tử trong kim
loại bị lực điện trờng kéo ra ngoài.
Dạng ion hoá này ít gặp trong các kế cấu cách điện công nghiệp. Tuy
nhiên dới tác dụng của điện trờng trung bình và yếu nó có tác dụng làm giảm
công thoát của kim loại, tạo điều kiện thuận lợi để gây ra các dạng ion hoá bề
mặt khác.
c) Phát xạ quang điện tử
Trờng hợp này ion hoá bề mặt xảy ra do có cá tia bức xạ sang ngắn tác
dụng lên bề mặt kim loại sẽ cung cấp năng lợng cho điện tử để điện tử thoát ra
khỏi bề mặt kim loịa đó.
Dạng ion hoá bề mặt này thờng gặp trong các khe hở của thiết bị cao áp.
1.2. Ion hoá thể tích
Xảy ra trong lớp khí giữac hai điện cực, có 3 dạng sau:
a) Ion hoá va chạm: Là hiện tợng ion hoá gây bởi sự va chạm của điện tử
tự do với phân tử khí.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Giáo trình Vật liệu điện
Biên soạn: Đỗ Nh Trởng 23

Khi điện tử đợc đặt trong điện trờng lực tác dụng của E, F = E.q (q: điện
tích điện tử) sẽ buộc điện tử di chuyển ngợc với chiều của điện trờng. Khi di
chuyển thì điện tử tích luỹ năng lợng dới dạng động năng. W = q.E.x (x là
đoạn đờng di chuyển của điện tử) và khi va chạm với phân tử khí nếu thoả mn
điều kiện W
e
> W
i
thì phân tử mày bị ion hoá.
b) Ion quang hoá
Ion quang hoá là hiện tợng ion hoá năng lợng W nhân đợc tử bức xạ
quang học.
Nếu và là tần số và bớc sang (độ dài) của bức xạ quang học thì năng
lợng W nhân đợc xác định:

c.h
h.

W ==
Trong đó: h là hằng số Plank
c là tốc độ ánh sáng
Điều kiện ion hoá đợc viết
i
W
c.h



Số điện tích đợc sản sinh do quá trình ion hoá quang tự nhiên sẽ cân bằng
với số điện tích tham gia quá trình kết hợp (các ion dơng và ion âm kết hợp lại

để trở thành các phân tử trung tính).
Trong phóng điện chất khí ion hoá quang học còn đựoc sản sinh bởi các
nguyên nhân sau:
- Bức xạ quang học do quá trình kết hợp của các điện tích khác dấu
- Bức xạ quang học do quá trình hoàn nguyên của các phân tử khí bị kích
thích.
d) Ion hoá nhiệt
Bao gồm tất cả các quá trình ion hoá do nhiệt độ cao của chất khí gây nên.
Khi ở nhiệt dộ cao các phân tử khí chuyển động mạnh va chạm vào vách bình
chứa hoặc vào các vật rắn khác thì phân tử khí sẽ mất hết động năng và sinh ra
các tia bức xạ, khi nhiệt độ càng lớn thì năng lợng của các tia bức xạ càng lớn
do đó gây ra sự ion hoá.
Muốn thực hiện ion hoá nhiệt cần phải có điều kiện: Động năng trong
chuyển động nhiệt của cácphân tử khí phải lớn hơn năng lợng để ion hoá.
W = q.E.x
2. Các hệ số ion hoá
Có 3 hệ số ion hoá:
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Giáo trình Vật liệu điện
Biên soạn: Đỗ Nh Trởng 24
2.1. Hệ số ion hoá do điện tử va chạm (hệ số Taoxen 1 Ký hiệu

)
Là số lần ion hoá thực hiện bởi một điện tử khi chuyển động trên đoạn
đờn 1cm theo phơng của điện trờng.
2.2. Hệ số ion hoá do ion dơng va chạm (hệ số Taoxen 2 Ký hiệu

)
Là số lần ion hoá thực hiện bởi một ion dơng khi chuyển độngtrên đoạn
đờng 1cm theo phơng của điện trờng.

2.3. Hệ số ion hoá mật (hệ số Taoxen 3 Ký hiệu

)
Là số điện tử trung bình đợc giải thoát từ bề mặt của cực âm khi một ion
dơng đập vào.

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Giáo trình Vật liệu điện
Biên soạn: Đỗ Nh Trởng 25
Chơng IV: Đặc tính cơ lý hoá của
điện môi

Khi chọn và sử dụng vật liệu điện không những phải chú ý đến những đặc
tính của nó trong điều kiện bình thờng mà còn xét đến các đặc tính của điện
môi khi chịu tác dụng của những đặc tính vật lý, cơ giới, hoá học
Ta biết các bộ phận cách điện của thiết bị điện chịu ảnh hởng tới các đặc
tính vật lý nh: tiếng ồn, nhiệt độ môi trờng
- Các đặc tính cơ: uốn, kéo, nén, đàn hồi, va đập
- Các đặc tính hoá học: Oxy hoá
I. đặc tính vật lý của điện môi
1. Tính hút ẩm và tính thấm nớc của vật liệu cách điện
1.1. Tính hút ẩm
Phần lớn tang vật liệu cách điện đều có tính hút ẩm làm cho đặc tính điện
của nó xấu đi, trong thực tế hầu hết các thiết bị điện đều đợc đặt trong môi
trờng không khí. Trong không khí thì luôn luôn chứa một lợng nớc nhất định
(có một độ ẩm nhất định). Nớc có điện dẫn rất lớn, khi các thiết bị điện hút ẩm
thì đặc tính điện bị kém đi.
- Xác định độ ẩm của điện môi: là độ ẩm mà điện môi đó hút đợc, nhng
việc đo độ ẩm này rất khó khăn vì vậy ngời ta thờng đo điện trở cachs điện
hoặc điện dng của điện môi từ đó suy ra độ ẩm của điện môi. Thực nghiệm cho

thấy rằng nếu điện môi cùng hút một lợng ẩm nh nhau thì đăc tính điện của
điện môi sẽ thay đổi khác nhau.
Xét hai chất điện môi cùng đặt trong
một môi trờng, trong cùng một thời gian,
cùng nhiệt độ thì chúng sẽ hút một lợng
ẩm khác nhau.
Tính hút ẩm của điện môi không bảo
giờ đợc quy chuẩn hoá, còn tính hút ẩm
của vật liệu đợc đặc trng bởi độ ẩm của
vật liệu đó.



p
t
0

b

a

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Giáo trình Vật liệu điện
Biên soạn: Đỗ Nh Trởng 26
Nếu đặt vật liệu cách điện trong môi trờng có nhiệt độ và độ ẩm khác với
độ ẩm cuẩ vật liều đó thì sau một thời gian vật liệu sẽ có một độ ẩm cân bằng ổn
định.
Lúc đó độ ẩm của vật liệu điện nhỏ hơn độ ẩm của môi trờng thì sau một
thời gian độ ẩm của vật liệu sẽ tăng đến độ ẩm cân bằng ổn định
p

(đờng b).
Ngợc lại nếu lúc đầu độ ẩm của vật liệu hớn hơn độ ẩm của môi trờng
thì sau một thời gian độ ẩm của vật liệu giảm xuống cân bằng với độ ẩm của môi
trờng
p
(đờng a).
1.2. Tính thấm nớc của điện môi (tính hấp thụ)
Những điện môi không hút ẩm chúng sẽ tạo ra trên bề mặt của điện môi
một màng ẩm, khi đặt điện môi trong môi trờng ẩm, quá trình ngng tụ hơi
nớc để tạo màng ẩm đó ngời ta gọi là tính thấm nớc của điện môi.
Tính thấm nớc của điện môi ảnh hởng nhiều đến điện dẫn mặt
s
của
điện môi, cụ thể là làm cho
s
tăng. Vậy tính thấm nớc phụ thuộc vào tính trạng
bề mặt của điện môi, phu thuộc vào độ ẩm và nhiệt độ của môi trờng. Nếu độ
ẩm của môi trờng càng lớn thì độ dày của màng ẩm càng tăng.
Để giảm tính thấm nớc của điện môi thì ta làm cho bề mặt của điện môi
nhẵn và có thể tráng men hoặc bôi lên bề mặt của điện môi rắn một lớp Parafin
ngoài ra phải để điện môi rắn ở nơi khô ráo và định kỳ sơn sấy.
2. Đặc tính nhiệt của điện môi
2.1. Tính chịu nhiệt của điện môi
Là khả năng chịu đợc nhiệt độ cao trong thời gian ngắn hoặc lâu dài và
khi nhiệt độ thay đổi đột ngột không bị h hỏng nghĩa là không làm cho tính
chất của điện môi xấu. Tiêu chuẩn về tính chịu nhiệt đợc xác định tuỳ theo loại
điện moi và công dụng của nó. Dựa vào tính chịu nhiệt của điện môi, ngời ta đ
phân loại điện môi theo cấp chịu nhiệt và nhiệt độ làm việc cho phép lớn nhất
của chúng.
Cấp chịu nhiệt Y A E B F H C

Nhiệt độ làm việc
cho phép lớn nhất
90
0
105
0
120
0
130
0
155
0
180
0
>180
0


- Cấp Y: Bao gồm vật liệu sợi gôc là xenlulô và tơ (sợi vải, giấy, gỗ) nó
cha đợc ngâm tẩm vào trong chất cách điện lỏng.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -