Prieš svarstydami apie dielektrikų skilimo mechanizmus, pabandykime išsiaiškinti šių medžiagų ypatybes. Elektros izoliacinės medžiagos yra medžiagos, leidžiančios izoliuoti elektros įrangos dalis arba grandinės elementus, turinčius skirtingą elektrinį potencialą.
Medžiagų savybės
Palyginti su laidžiomis medžiagomis, izoliatoriai turi žymiai didesnę elektrinę varžą. Tipiška šių medžiagų savybė yra galingų elektrinių laukų kūrimas, taip pat energijos kaupimas. Ši savybė plačiai naudojama kondensatoriuose.
Klasifikacija
Pagal agregacijos būseną visos elektros izoliacinės medžiagos skirstomos į skystąsias, dujines, kietąsias. Didžiausia yra paskutinė dielektrikų grupė. Tai apima plastiką, keramiką, daug polimerų turinčias medžiagas.
Priklausomai nuo cheminės sudėties, elektros izoliacinės medžiagos skirstomos į neorganines ir organines.
Anglis veikia kaip pagrindinis cheminis elementas organiniuose izoliatoriuose. Atlaiko maksimalią temperatūrąneorganinės medžiagos: keramika, žėrutis.
Priklausomai nuo dielektrikų gavimo būdo, įprasta juos skirstyti į sintetinius ir natūralius (natūralius). Kiekvienas tipas turi tam tikrų savybių. Šiuo metu sintetinės medžiagos yra didelė grupė.
Kietosios dielektrinės medžiagos toliau skirstomos į atskiras subkategorijas pagal medžiagų struktūrą, sudėtį, technologines charakteristikas. Pavyzdžiui, yra vaško, keramikos, mineralinių, plėvelinių izoliatorių.
Visos šios medžiagos pasižymi elektros laidumu. Laikui bėgant, tokios medžiagos rodo srovės vertės pasikeitimą dėl sugerties srovės sumažėjimo. Nuo tam tikro momento elektros izoliacinėje medžiagoje yra tik laidumo srovė, nuo kurios vertės priklauso šios medžiagos savybės.
Proceso funkcijos
Jei elektrinio lauko stipris yra didesnis už elektrinio stiprumo ribą, įvyksta dielektrinis gedimas. Tai yra jo sunaikinimo procesas. Dėl to tokios medžiagos gedimo vietoje prarandamos pradinės elektros izoliacinės charakteristikos.
Sugedimo įtampa yra vertė, kuriai esant įvyksta dielektrinis gedimas.
Dielektrinis stiprumas apibūdinamas lauko stiprumo verte.
Kietųjų dielektrikų skilimas yra elektrinis arba terminis procesas. Jis pagrįstas reiškiniais, dėl kurių lavina padaugėja vertingų kietųjų izoliacinių medžiagųelektros srovė.
Kietųjų dielektrikų skilimas turi būdingų bruožų:
- nėra arba silpna laidumo vertės priklausomybė nuo temperatūros ir įtampos;
- medžiagos elektrinis stiprumas vienodame lauke, neatsižvelgiant į naudojamos dielektrinės medžiagos storį;
- siauros mechaninio stiprumo ribos;
- pirma, srovė didėja eksponentiškai, o kietųjų dielektrikų gedimus lydi staigus srovės padidėjimas;
- nehomogeniškame lauke šis procesas vyksta vietoje, kurios lauko stiprumas didžiausias.
Šiluminis gedimas
Atsiranda esant dideliems dielektriniams nuostoliams, kai medžiaga šildoma kitais šilumos š altiniais, kai prastai pašalinama šilumos energija. Tokį dielektriko gedimą lydi elektros srovės padidėjimas dėl staigaus pasipriešinimo sumažėjimo toje srityje, kurioje pažeidžiamas šilumos laidumas. Panašus procesas stebimas tol, kol susilpnėjusioje vietoje įvyksta visiškas dielektriko terminis sunaikinimas. Pavyzdžiui, pradinė kieta elektros izoliacinė medžiaga išsilydys.
Ženklai
Dielektrinis suskirstymas turi būdingų savybių:
- atsiranda prastos kokybės šilumos pašalinimo į aplinką vietoje;
- gedimo įtampa mažėja didėjant aplinkos temperatūrai;
- elektros stipris yra atvirkščiai proporcingas dielektriko storiuisluoksnis.
Bendrosios charakteristikos
Apibūdinkime pagrindinius dielektrikų skilimo tipus. Proceso esmė yra elektros izoliacinės medžiagos savybių praradimas, kai viršijama kritinė elektrinio lauko stiprio vertė. Yra keli šio proceso tipai:
- elektrinis dielektriko gedimas;
- terminis procesas;
- elektrocheminis senėjimas.
Elektrinis variantas atsiranda dėl neigiamų elektronų smūginės jonizacijos, atsirandančios galingame elektriniame lauke. Šį procesą lydi staigus srovės tankio padidėjimas.
Šiluminio proceso izoliatoriuje priežastis yra sistemos generuojamos šilumos kiekio padidėjimas dėl elektros laidumo poveikio arba dėl dielektrinių nuostolių. Tokio gedimo pasekmė yra elektrinės izoliacinės medžiagos terminis sunaikinimas.
Kistant dielektrikų skilimo įtampai, įvyksta transformacijų elektros izoliacinės medžiagos struktūroje, kinta ir dielektriko cheminė sudėtis. Dėl to pastebimas negrįžtamas izoliacijos varžos sumažėjimas. Tokiu atveju vyksta dielektriko elektrinis senėjimas.
Dujinėje terpėje
Kaip suyra dujiniai dielektrikai? Dėl kosminės ir radioaktyviosios spinduliuotės oro tarpuose yra nedaug įkrautų dalelių. Lauke vyksta neigiamų elektronų pagreitis, dėl kurio jie įgyja papildomos energijos, kurios vertė tiesiogiai priklauso nuo lauko stiprumo irvidutinis dalelės kelio ilgis prieš susidūrimą. Esant reikšmingai intensyvumo vertei, stebimas elektronų srauto padidėjimas, dėl kurio atsiranda tarpas. Šiam procesui įtakos turi keli veiksniai. Svarbiausias iš jų yra lauko parinktis. Yra tiesioginis ryšys tarp dujų elektrinio stiprumo ir slėgio bei temperatūros.
Skysta terpė
Skystųjų dielektrikų skilimas yra susijęs su elektros izoliacinės medžiagos grynumu. Yra trys laipsniai:
- kietųjų mechaninių priemaišų ir emulsinio vandens kiekis dielektrikoje;
- techniškai švarus;
- kruopščiai išvalytas ir degazuotas.
Kruopščiai išvalytuose skystuose dielektrikuose yra tik elektrinis gedimo variantas. Dėl didelio skysčio ir dujų tankio skirtumo elektronų kelio ilgis mažėja, todėl padidėja gedimo įtampa.
Šiuolaikinėje elektros energijos pramonėje naudojami techniškai gryni skysti dielektrikai, juose leidžiama tik šiek tiek priemaišų.
Reikia atsižvelgti į tai, kad net ir minimalus emulsinio vandens kiekis skystoje elektros izoliacinėje medžiagoje smarkiai sumažina elektrinį stiprumą.
Taigi, dielektrinė stipris ir dielektrikų skilimas yra susiję dydžiai. Panagrinėkime skilimo skystoje terpėje mechanizmą. Emulsinio vandens lašai poliarizuojami elektriniame lauke, tada patenka į tarpą tarp polinių elektrodų. Čia jie deformuojasi, susilieja ir susidaro tiltai,su maža elektrine varža. Būtent ant jų atliekamas testas. Dėl tiltelių labai sumažėja alyvos stiprumas.
Elektros izoliacinių medžiagų ypatybės
Apsvarstytos kietųjų dielektrikų skilimo rūšys buvo pritaikytos šiuolaikinėje elektrotechnikoje.
Tarp skystų ir pusiau skystų dielektrinių medžiagų, šiuo metu naudojamų technologijoje, transformatorių ir kondensatorių alyvos, taip pat sintetiniai skysčiai: sovtol, sovol.
Mineralinės alyvos gaunamos frakciniu būdu distiliuojant žalią naftą. Skirtingų tipų jų klampumas ir elektrinės charakteristikos skiriasi.
Pavyzdžiui, kabelių ir kondensatorių alyvos yra labai rafinuotos, todėl turi puikias dielektrines charakteristikas. Nedegūs sintetiniai skysčiai yra sovtol ir sovol. Norint gauti pirmąjį, atliekama kristalinio difenilo chlorinimo reakcija. Šis skaidrus klampus skystis yra toksiškas ir gali sudirginti gleivinę, todėl dirbant su tokiu dielektriku reikia atidžiai laikytis atsargumo priemonių.
Sovtol yra trichlorbenzeno ir sovolo mišinys, todėl ši elektros izoliacinė medžiaga pasižymi mažesniu klampumu.
Abu sintetiniai skysčiai naudojami šiuolaikiniams popieriniams kondensatoriams, montuojamiems pramoniniuose kintamosios ir nuolatinės srovės įrenginiuose, impregnuoti.
Ekologiškasdidelio polimero dielektrinės medžiagos yra sudarytos iš daugelio monomerų molekulių. Gintaras, natūralus kaučiukas, turi aukštas dielektrines charakteristikas.
Vaškinės medžiagos, tokios kaip cerezinas ir parafinas, turi skirtingą lydymosi temperatūrą. Tokie dielektrikai turi polikristalinę struktūrą.
Šiuolaikinėje elektrotechnikoje plastikai, kurie yra kompozicinės medžiagos, yra paklausūs. Juose yra polimerų, dervų, dažiklių, stabilizatorių, taip pat plastifikuojančių komponentų. Pagal santykį su šiluma jie skirstomi į termoplastines ir termoreaktyvias medžiagas.
Darbams ore naudojamas elektrinis kartonas, kurio struktūra tankesnė, palyginti su įprastine medžiaga.
Tarp daugiasluoksnių elektros izoliacinių medžiagų, turinčių dielektrines charakteristikas, išskiriame tekstolitą, getinakus, stiklo pluoštą. Šios laminatės, kuriose kaip rišiklis naudojamos silikoninės arba rezolinės dervos, yra puiki dielektrika.
Reiškinio priežastys
Dielektrikai suyra dėl įvairių priežasčių. Todėl vis dar nėra universalios teorijos, kuri visiškai paaiškintų šį fizinį procesą. Nepriklausomai nuo izoliacijos varianto, gedimo atveju susidaro specialaus laidumo kanalas, dėl kurio atsiranda trumpasis jungimas šiame elektros įrenginyje. Kokios yra tokio proceso pasekmės? Yra didelė avarijos tikimybė, dėl kurioselektros prietaisas bus nutrauktas.
Priklausomai nuo izoliacijos sistemos, gedimas gali turėti skirtingas apraiškas. Kietiesiems dielektrikams kanalas išlaiko didelį laidumą net ir išjungus srovę. Dujinės ir skystos elektros izoliacinės medžiagos pasižymi dideliu įkrautų elektronų judrumu. Todėl dėl įtampos pasikeitimo gedimo kanalas akimirksniu atsistato.
Skysčiuose gedimą sukelia įvairūs procesai. Pirma, erdvėje tarp elektrodų susidaro optiniai nehomogeniškumas, šiose vietose skystis praranda skaidrumą. A. Gemanto teorija skysto dielektriko skilimą laiko emulsija. Remiantis mokslininkų atliktais skaičiavimais, dėl elektrinio lauko veikimo drėgmės lašai įgauna pailgo dipolio formą. Esant dideliam lauko stiprumui, jie susijungia, o tai prisideda prie iškrovos susidariusiame kanale.
Atliekant daugybę eksperimentų, buvo nustatyta, kad jei skystyje yra dujų, staigiai padidėjus įtampai, prieš sugedus atsiras burbuliukų. Tuo pačiu metu tokių skysčių gedimo įtampa mažėja mažėjant slėgiui arba didėjant temperatūrai.
Išvada
Tobulėjant elektros pramonei, šiuolaikinės dielektrinės medžiagos tobulėja. Šiuo metu įvairių tipų dielektrikų kūrimo technologija yra taip modernizuota, kad galima sukurti nebrangius didelio našumo dielektrikus.
TarpStiklas ir stiklo emaliai ypač domina paklausiausias medžiagas, turinčias atitinkamas charakteristikas. Instaliacija, šarminė, lempa, kondensatorius, kitos šios medžiagos rūšys yra amorfinės struktūros medžiagos. Į mišinį įdėjus kalcio ir aliuminio oksidų, galima pagerinti medžiagos dielektrines savybes ir sumažinti gedimo tikimybę.
Stiklo emaliai yra medžiagos, kurių metalo paviršiuje nusėda plonas stiklo sluoksnis. Ši technologija užtikrina patikimą apsaugą nuo korozijos.
Visos medžiagos, pasižyminčios elektros izoliacinėmis savybėmis, yra plačiai naudojamos šiuolaikinėse technologijose. Jei dielektriko gedimo išvengiama laiku, visiškai įmanoma išvengti žalos brangiai įrangai.
