Før vi vurderer nedbrytningsmekanismene til dielektrikum, la oss prøve å finne ut egenskapene til disse materialene. Elektriske isolasjonsmaterialer er stoffer som lar deg isolere deler av elektrisk utstyr eller kretselementer som har forskjellige elektriske potensialer.
Funksjoner av materialer
I sammenligning med ledende materialer har isolatorer en betydelig høyere elektrisk motstand. En typisk egenskap til disse materialene er dannelsen av kraftige elektriske felt, samt akkumulering av energi. Denne egenskapen er mye brukt i kondensatorer.
klassifisering
I henhold til aggregeringstilstanden er alle elektriske isolasjonsmaterialer delt inn i flytende, gassformig, fast stoff. Den største er den siste gruppen av dielektriske stoffer. Disse inkluderer plast, keramikk, høypolymermaterialer.
Avhengig av den kjemiske sammensetningen deles elektriske isolasjonsmaterialer inn i uorganisk og organisk.
Karbon fungerer som det viktigste kjemiske elementet i organiske isolatorer. Maksimal temperatur tåleruorganiske materialer: keramikk, glimmer.
Avhengig av metoden for å skaffe dielektrikum, er det vanlig å dele dem inn i syntetiske og naturlige (naturlige). Hver type har visse funksjoner. For tiden er syntetiske stoffer en stor gruppe.
Solide dielektriske materialer er videre delt inn i separate underkategorier i henhold til materialers struktur, sammensetning og teknologiske egenskaper. For eksempel er det voks-, keramikk-, mineral-, filmisolatorer.
Alle disse materialene er preget av elektrisk ledningsevne. Over tid viser slike stoffer en endring i strømverdien på grunn av en reduksjon i absorpsjonsstrømmen. Fra et visst øyeblikk i det elektriske isolasjonsmaterialet er det bare en ledningsstrøm, som egenskapene til dette materialet avhenger av.
Prosessfunksjoner
Hvis den elektriske feltstyrken er større enn grensen for elektrisk styrke, oppstår dielektrisk sammenbrudd. Dette er prosessen med dens ødeleggelse. Det fører til tap i stedet for sammenbrudd av slikt materiale av dets opprinnelige elektriske isolasjonsegenskaper.
Byttespenning er verdien som et dielektrisk sammenbrudd oppstår ved.
Dielektrisk styrke karakteriseres av verdien av feltstyrken.
Nedbruddet av fast dielektrikum er en elektrisk eller termisk prosess. Den er basert på fenomener som fører til en skredøkning i solide isolasjonsmaterialer av verdienelektrisk strøm.
Nedbruddet av solid dielektrikk har karakteristiske trekk:
- fravær eller svak avhengighet av temperatur og spenning for konduktivitetsverdi;
- elektrisk styrke til et materiale i et jevnt felt, uavhengig av tykkelsen på det dielektriske materialet som brukes;
- smale grenser for mekanisk styrke;
- for det første øker strømmen eksponentielt, og sammenbrudd av fast dielektrikum er ledsaget av en brå økning i strømmen;
- i et inhomogent felt skjer denne prosessen på et sted med maksimal feltstyrke.
Termisk sammenbrudd
Det vises når det er store dielektriske tap, når materialet varmes opp av andre varmekilder, når varmeenergien er dårlig fjernet. En slik sammenbrudd av dielektrikumet er ledsaget av en økning i elektrisk strøm som et resultat av en kraftig reduksjon i motstand i området hvor varmeledning er svekket. En lignende prosess observeres inntil den fullstendige termiske ødeleggelsen av dielektrikumet skjer på det svekkede stedet. For eksempel vil det originale solide elektriske isolasjonsmaterialet smelte.
Signs
Dielektrisk sammenbrudd har karakteristiske trekk:
- forekommer på et sted med dårlig varmefjerning til miljøet;
- sammenbruddsspenningen synker med økende omgivelsestemperatur;
- elektrisk styrke er omvendt proporsjonal med tykkelsen på dielektrikumetlag.
Generelle egenskaper
La oss karakterisere hovedtypene for sammenbrudd av dielektrikum. Essensen av prosessen ligger i tapet av elektrisk isolasjonsmateriale av dets egenskaper når den kritiske verdien av den elektriske feltstyrken overskrides. Det finnes flere typer av denne prosessen:
- elektrisk sammenbrudd av dielektrikum;
- termisk prosess;
- elektrokjemisk aldring.
Elektrisk variant oppstår som et resultat av støt-ionisering av negative elektroner, som vises i et kraftig elektrisk felt. Denne prosessen er ledsaget av en kraftig økning i strømtettheten.
Årsaken til den termiske prosessen i isolatoren er en økning i mengden varme som genereres av systemet på grunn av effekten av elektrisk ledningsevne eller som et resultat av dielektriske tap. Resultatet av et slikt sammenbrudd er termisk ødeleggelse av det elektriske isolasjonsmaterialet.
Når nedbrytningsspenningen til dielektrikum endres, skjer det transformasjoner i strukturen til det elektriske isolasjonsmaterialet, og den kjemiske sammensetningen til dielektrikumet endres også. Som et resultat observeres en irreversibel reduksjon i isolasjonsmotstanden. I dette tilfellet oppstår elektrisk aldring av dielektrikumet.
I et gassformig medium
Hvordan skjer nedbrytningen av gassformig dielektrikum? På grunn av kosmisk og radioaktiv stråling er det et lite antall ladede partikler i luftsp altene. Det er en akselerasjon av negative elektroner i feltet, som et resultat av at de får ekstra energi, hvis verdi direkte avhenger av feltstyrken oggjennomsnittlig veilengde til partikkelen før kollisjonen. Ved en betydelig intensitetsverdi observeres en økning i elektronstrømmen, noe som forårsaker en sammenbrudd av gapet. Denne prosessen påvirkes av flere faktorer. Den viktigste av disse er felt alternativet. Det er en direkte sammenheng mellom den elektriske styrken til gass og trykk og temperatur.
Flytende medium
Nedbruddet av flytende dielektrikum er relatert til renheten til det elektriske isolasjonsmaterialet. Det er tre grader:
- innhold av faste mekaniske urenheter og emulsjonsvann i dielektrikumet;
- teknisk rent;
- grundig rengjort og avgasset.
I nøye rengjort flytende dielektrikum er det kun en elektrisk versjon av sammenbrudd. På grunn av den betydelige forskjellen i tetthetene til væsken og gassen, reduseres elektronbanelengden, noe som fører til en økning i sammenbruddsspenningen.
I moderne elektrisk kraftindustri brukes teknisk rene typer flytende dielektrikum, bare en liten tilstedeværelse av urenheter i dem er tillatt.
Det må tas i betraktning at selv den minste mengden emulsjonsvann i det flytende elektriske isolasjonsmaterialet forårsaker en sterk reduksjon i elektrisk styrke.
Disk er dielektrisk styrke og nedbrytning av dielektrikum relaterte størrelser. La oss vurdere nedbrytningsmekanismen i et flytende medium. Dråper av emulsjonsvann polariseres i et elektrisk felt, så faller de ned i rommet mellom de polare elektrodene. Her blir de deformert, slått sammen og broer dannes,med liten elektrisk motstand. Det er på dem testen skjer. Utseendet til broer forårsaker en betydelig reduksjon i styrken til oljen.
Funksjoner av elektriske isolasjonsmaterialer
De vurderte typene nedbryting av fast dielektrikum har funnet sin anvendelse i moderne elektroteknikk.
Blant de flytende og halvflytende dielektriske materialene som for tiden brukes i teknologi, transformator- og kondensatoroljer, samt syntetiske væsker: sovtol, sovol.
Mineraloljer er hentet fra fraksjonert destillasjon av råolje. Mellom deres individuelle typer er det forskjeller i viskositet, elektriske egenskaper.
For eksempel er kabel- og kondensatoroljer svært raffinerte, så de har utmerkede dielektriske egenskaper. Ikke-brennbare syntetiske væsker er sovtol og sovol. For å oppnå den første utføres en kloreringsreaksjon av krystallinsk difenyl. Denne gjennomsiktige viskøse væsken er giftig og kan irritere slimhinnen, og derfor må forholdsregler tas nøye når du arbeider med et slikt dielektrikum.
Sovtol er en blanding av triklorbenzen og sovol, så dette elektriske isolasjonsmaterialet er preget av lavere viskositet.
Begge syntetiske væsker brukes til å impregnere moderne papirkondensatorer installert i industrielle AC- og DC-enheter.
Økologiskhøypolymer dielektriske materialer er sammensatt av mange monomermolekyler. Rav, naturgummi, har høye dielektriske egenskaper.
Voksaktige materialer som ceresin og parafin har et tydelig smeltepunkt. Slike dielektrika har en polykrystallinsk struktur.
I moderne elektroteknikk er plast, som er komposittmaterialer, etterspurt. De inneholder polymerer, harpikser, fargestoffer, stabiliseringsmidler, samt mykgjørende komponenter. I henhold til deres forhold til varme, klassifiseres de i termoplastiske og herdede materialer.
For arbeid i luften brukes elektrisk papp som har en tettere struktur sammenlignet med konvensjonelt materiale.
Blant de lagdelte elektriske isolasjonsmaterialene med dielektriske egenskaper fremhever vi tekstolitt, getinaks, glassfiber. Disse laminatene, som bruker silikon eller resolharpikser som bindemiddel, er utmerkede dielektrikumer.
Årsaker til fenomenet
Det er ulike årsaker til sammenbrudd av dielektrikum. Derfor er det fortsatt ingen universell teori som fullt ut kan forklare denne fysiske prosessen. Uavhengig av isolasjons alternativet, i tilfelle et sammenbrudd, dannes en kanal med spesiell ledningsevne, hvis størrelse fører til en kortslutning i denne elektriske enheten. Hva er konsekvensene av en slik prosess? Det er stor sannsynlighet for en nødsituasjon, som et resultat av detteelektrisk enhet vil bli tatt ut av drift.
Avhengig av isolasjonssystemet kan havariet ha ulike manifestasjoner. For fast dielektrikum beholder kanalen betydelig ledningsevne selv etter at strømmen er slått av. Gassformige og flytende elektriske isolasjonsmaterialer er preget av høy mobilitet av ladede elektroner. Derfor er det en øyeblikkelig gjenoppretting av sammenbruddskanalen på grunn av en spenningsendring.
I væsker er sammenbrudd forårsaket av ulike prosesser. Først dannes optiske inhomogeniteter i rommet mellom elektrodene, på disse stedene mister væsken sin gjennomsiktighet. A. Gemants teori anser nedbrytningen av et flytende dielektrikum som en emulsjon. I følge beregninger utført av forskere, på grunn av virkningen av et elektrisk felt, tar fuktighetsdråper form av en langstrakt dipol. Ved høy feltstyrke kombineres de, noe som bidrar til utslippet i den dannede kanalen.
Ved utførelse av mange eksperimenter, ble det funnet at hvis det er en gass i væsken, vil det med en kraftig økning i spenningen, bobler oppstå før sammenbrudd. Samtidig avtar gjennomslagsspenningen til slike væsker med synkende trykk eller med økende temperatur.
Konklusjon
Moderne dielektriske materialer blir bedre etter hvert som den elektriske industrien utvikler seg. For tiden er teknologien for å lage ulike typer dielektrikum blitt så modernisert at det er mulig å lage rimelige dielektrika med høy ytelse.
BlantDe mest etterspurte materialene med tilsvarende egenskaper er spesielt interessante for glass og glassemaljer. Installasjon, alkalisk, lampe, kondensator, andre typer av dette materialet er stoffer av en amorf struktur. Når kalsium- og aluminiumoksider tilsettes blandingen, er det mulig å forbedre de dielektriske egenskapene til materialet og redusere sannsynligheten for sammenbrudd.
Glassemaljer er materialer der et tynt lag glass er avsatt på metalloverflaten. Denne teknologien gir pålitelig beskyttelse mot korrosjon.
Alle materialer med elektriske isolasjonsegenskaper er mye brukt i moderne teknologi. Hvis dielektrisk sammenbrudd forhindres i tide, er det fullt mulig å forhindre skade på dyrt utstyr.
