Поляризация комбинированных диэлектриков

На практике в электрической изоляции очень часто используется комбинации различных диэлектриков. В этих случаях поляризованность в слоях диэлектрика будет различной. При этом важно знать, как повлияет относительная диэлектрическая проницаемость слоев на распределение напряженности поля в диэлектрике. Чтобы это выяснить, рассмотрим конденсатор с различными диэлектрическими материалами, слои которых соединены последовательно друг с другом (Рис .2.5).

Рис. 2.5 Электрическое поле в плоском двухслойном конденсаторе

Действие электрического поля на диэлектрик характеризуют вектором электрического смещения (электрической индукцией), (Кл/м²)

.

(2.3)

Электрическое смещение численно равно заряду, индуктируемому на одном квадратном метре проводящей поверхности, внесенной в диэлектрик перпендикулярно вектору .

Для двухслойного диэлектрика электрическое, смещение в слоях будет равно:

D1=εr1·E1 и D2=εr2·E2

(2.4)

Если мысленно поставить проводящую пластину на границе раздела двух диэлектриков, то заряд, индуктируемый на ней, будет общим для обоих слоев, а, следовательно, и

D₁= D_{2 .}

Тогда, с учетом (2.4), можно записать

(2.5)

или

.

(2.6)

Из полученного выражения (2.6) следует важное правило, что напряженность в слоях диэлектрика распределяется обратно пропорционально диэлектрической проницаемости слоев.

Таким образом, слои диэлектриков с большей ε_r стремятся "разгрузиться" и "переложить" часть электрической напряженности на слои с меньшей ε_r. В особенно невыгодном положении оказываются воздушные прослойки внутри изоляции (или между изоляцией и электродами при неплотном прилегании последних). Из-за малой ε_r и, соответственно, высокой напряженности в таких прослойках легко возникает ионизация и происходят частичные разряды.