Πριν εξετάσουμε τους μηχανισμούς διάσπασης των διηλεκτρικών, ας προσπαθήσουμε να μάθουμε τα χαρακτηριστικά αυτών των υλικών. Τα ηλεκτρικά μονωτικά υλικά είναι ουσίες που σας επιτρέπουν να απομονώνετε μέρη ηλεκτρικού εξοπλισμού ή στοιχεία κυκλώματος που έχουν διαφορετικά ηλεκτρικά δυναμικά.
Χαρακτηριστικά υλικών
Σε σύγκριση με τα αγώγιμα υλικά, οι μονωτές έχουν σημαντικά υψηλότερη ηλεκτρική αντίσταση. Μια τυπική ιδιότητα αυτών των υλικών είναι η δημιουργία ισχυρών ηλεκτρικών πεδίων, καθώς και η συσσώρευση ενέργειας. Αυτή η ιδιότητα χρησιμοποιείται ευρέως σε πυκνωτές.
Ταξινόμηση
Ανάλογα με την κατάσταση συσσωμάτωσης, όλα τα ηλεκτρικά μονωτικά υλικά χωρίζονται σε υγρά, αέρια, στερεά. Η μεγαλύτερη είναι η τελευταία ομάδα διηλεκτρικών. Αυτά περιλαμβάνουν πλαστικά, κεραμικά, υλικά υψηλής περιεκτικότητας σε πολυμερή.
Ανάλογα με τη χημική σύνθεση, τα ηλεκτρικά μονωτικά υλικά χωρίζονται σε ανόργανα και οργανικά.
Ο άνθρακας δρα ως το κύριο χημικό στοιχείο στους οργανικούς μονωτές. Αντέχουν τις μέγιστες θερμοκρασίεςανόργανα υλικά: κεραμικά, μαρμαρυγία.
Ανάλογα με τη μέθοδο λήψης διηλεκτρικών, συνηθίζεται να τα χωρίζουμε σε συνθετικά και φυσικά (φυσικά). Κάθε τύπος έχει ορισμένα χαρακτηριστικά. Επί του παρόντος, οι συνθετικές ουσίες αποτελούν μια μεγάλη ομάδα.
Τα στερεά διηλεκτρικά υλικά υποδιαιρούνται περαιτέρω σε ξεχωριστές υποκατηγορίες ανάλογα με τη δομή, τη σύνθεση και τα τεχνολογικά χαρακτηριστικά των υλικών. Για παράδειγμα, υπάρχουν μονωτήρες από κερί, κεραμικά, ορυκτά, φιλμ.
Όλα αυτά τα υλικά χαρακτηρίζονται από ηλεκτρική αγωγιμότητα. Με την πάροδο του χρόνου, τέτοιες ουσίες παρουσιάζουν αλλαγή στην τιμή ρεύματος λόγω μείωσης του ρεύματος απορρόφησης. Από μια ορισμένη στιγμή στο ηλεκτρικό μονωτικό υλικό υπάρχει μόνο ένα ρεύμα αγωγιμότητας, από την τιμή του οποίου εξαρτώνται οι ιδιότητες αυτού του υλικού.
Δυνατότητες διαδικασίας
Αν η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου είναι μεγαλύτερη από το όριο ηλεκτρικής ισχύος, προκύπτει διηλεκτρική διάσπαση. Αυτή είναι η διαδικασία της καταστροφής του. Οδηγεί στην απώλεια στον τόπο της διάσπασης από τέτοιο υλικό των αρχικών ηλεκτρικών μονωτικών χαρακτηριστικών του.
Τάση διάσπασης είναι η τιμή στην οποία συμβαίνει μια διηλεκτρική βλάβη.
Η διηλεκτρική ισχύς χαρακτηρίζεται από την τιμή της έντασης πεδίου.
Η διάσπαση των στερεών διηλεκτρικών είναι μια ηλεκτρική ή θερμική διαδικασία. Βασίζεται σε φαινόμενα που οδηγούν σε χιονοστιβάδα αύξηση των στερεών μονωτικών υλικών της αξίαςηλεκτρικό ρεύμα.
Η διάσπαση των στερεών διηλεκτρικών έχει χαρακτηριστικά χαρακτηριστικά:
- απουσία ή ασθενής εξάρτηση από τη θερμοκρασία και την τάση της τιμής αγωγιμότητας;
- ηλεκτρική αντοχή ενός υλικού σε ομοιόμορφο πεδίο, ανεξάρτητα από το πάχος του χρησιμοποιούμενου διηλεκτρικού υλικού;
- στενά όρια μηχανικής αντοχής;
- πρώτον, το ρεύμα αυξάνεται εκθετικά και οι διασπάσεις των στερεών διηλεκτρικών συνοδεύονται από απότομη αύξηση του ρεύματος.
- σε ένα ανομοιογενές πεδίο, αυτή η διαδικασία συμβαίνει σε ένα μέρος με μέγιστη ένταση πεδίου.
Θερμική διάσπαση
Εμφανίζεται όταν υπάρχουν μεγάλες διηλεκτρικές απώλειες, όταν το υλικό θερμαίνεται από άλλες πηγές θερμότητας, όταν η θερμική ενέργεια αφαιρείται ελάχιστα. Μια τέτοια διάσπαση του διηλεκτρικού συνοδεύεται από αύξηση του ηλεκτρικού ρεύματος ως αποτέλεσμα μιας απότομης μείωσης της αντίστασης στην περιοχή όπου η αγωγιμότητα θερμότητας είναι μειωμένη. Παρόμοια διαδικασία παρατηρείται μέχρι να συμβεί η πλήρης θερμική καταστροφή του διηλεκτρικού στο εξασθενημένο μέρος. Για παράδειγμα, το αρχικό στερεό ηλεκτρικό μονωτικό υλικό θα λιώσει.
Σήματα
Η διηλεκτρική βλάβη έχει χαρακτηριστικά χαρακτηριστικά:
Το
Γενικά χαρακτηριστικά
Ας χαρακτηρίσουμε τους κύριους τύπους διάσπασης των διηλεκτρικών. Η ουσία της διαδικασίας έγκειται στην απώλεια του ηλεκτρικού μονωτικού υλικού των χαρακτηριστικών του όταν ξεπεραστεί η κρίσιμη τιμή της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου. Υπάρχουν διάφοροι τύποι αυτής της διαδικασίας:
- ηλεκτρική βλάβη του διηλεκτρικού;
- θερμική διαδικασία;
- ηλεκτροχημική γήρανση.
Η ηλεκτρική παραλλαγή εμφανίζεται ως αποτέλεσμα ιονισμού κρούσης από αρνητικά ηλεκτρόνια, που εμφανίζονται σε ένα ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο. Αυτή η διαδικασία συνοδεύεται από απότομη αύξηση της πυκνότητας ρεύματος.
Ο λόγος για τη θερμική διεργασία στον μονωτήρα είναι η αύξηση της ποσότητας θερμότητας που παράγεται από το σύστημα λόγω των επιπτώσεων της ηλεκτρικής αγωγιμότητας ή ως αποτέλεσμα διηλεκτρικών απωλειών. Το αποτέλεσμα μιας τέτοιας βλάβης είναι η θερμική καταστροφή του ηλεκτρικού μονωτικού υλικού.
Όταν η τάση διάσπασης των διηλεκτρικών αλλάζει, συμβαίνουν μετασχηματισμοί στη δομή του ηλεκτρικού μονωτικού υλικού και αλλάζει και η χημική σύνθεση του διηλεκτρικού. Ως αποτέλεσμα, παρατηρείται μη αναστρέψιμη μείωση της αντίστασης μόνωσης. Σε αυτή την περίπτωση, συμβαίνει ηλεκτρική γήρανση του διηλεκτρικού.
Σε αέριο μέσο
Πώς συμβαίνει η διάσπαση των αερίων διηλεκτρικών; Λόγω της κοσμικής και ραδιενεργής ακτινοβολίας, υπάρχει ένας μικρός αριθμός φορτισμένων σωματιδίων στα κενά αέρα. Υπάρχει επιτάχυνση αρνητικών ηλεκτρονίων στο πεδίο, με αποτέλεσμα να αποκτούν πρόσθετη ενέργεια, η τιμή της οποίας εξαρτάται άμεσα από την ένταση του πεδίου καιμέσο μήκος διαδρομής του σωματιδίου πριν από τη σύγκρουση. Σε σημαντική τιμή έντασης, παρατηρείται αύξηση της ροής ηλεκτρονίων, η οποία προκαλεί διάσπαση του διακένου. Αυτή η διαδικασία επηρεάζεται από διάφορους παράγοντες. Το πιο σημαντικό από αυτά είναι η επιλογή πεδίου. Υπάρχει άμεση σχέση μεταξύ της ηλεκτρικής ισχύος του αερίου και της πίεσης και της θερμοκρασίας.
Υγρό μέσο
Η διάσπαση των υγρών διηλεκτρικών σχετίζεται με την καθαρότητα του ηλεκτρικού μονωτικού υλικού. Υπάρχουν τρεις βαθμοί:
- περιεκτικότητα σε στερεές μηχανικές ακαθαρσίες και νερό γαλακτώματος στο διηλεκτρικό;
- τεχνικά καθαρό;
- επιμελώς καθαρισμένο και απαερωμένο.
Στα προσεκτικά καθαρισμένα υγρά διηλεκτρικά, υπάρχει μόνο μια ηλεκτρική έκδοση βλάβης. Λόγω της σημαντικής διαφοράς στις πυκνότητες του υγρού και του αερίου, το μήκος της διαδρομής των ηλεκτρονίων μειώνεται, γεγονός που οδηγεί σε αύξηση της τάσης διάσπασης.
Στη σύγχρονη βιομηχανία ηλεκτρικής ενέργειας, χρησιμοποιούνται τεχνικά καθαροί τύποι υγρών διηλεκτρικών, επιτρέπεται μόνο μια ελαφρά παρουσία ακαθαρσιών σε αυτά.
Πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι ακόμη και η ελάχιστη ποσότητα νερού γαλακτώματος στο υγρό ηλεκτρικό μονωτικό υλικό προκαλεί έντονη μείωση της ηλεκτρικής αντοχής.
Έτσι, η διηλεκτρική ισχύς και η διάσπαση των διηλεκτρικών είναι σχετικές ποσότητες. Ας εξετάσουμε τον μηχανισμό διάσπασης σε ένα υγρό μέσο. Οι σταγόνες νερού γαλακτώματος πολώνονται σε ένα ηλεκτρικό πεδίο και μετά πέφτουν στο χώρο μεταξύ των πολικών ηλεκτροδίων. Εδώ παραμορφώνονται, συγχωνεύονται και σχηματίζονται γέφυρες,με μικρή ηλεκτρική αντίσταση. Σε αυτούς γίνεται η δοκιμή. Η εμφάνιση των γεφυρών προκαλεί σημαντική μείωση της αντοχής του λαδιού.
Χαρακτηριστικά ηλεκτρικών μονωτικών υλικών
Οι εξεταζόμενοι τύποι διάσπασης στερεών διηλεκτρικών έχουν βρει την εφαρμογή τους στη σύγχρονη ηλεκτρική μηχανική.
Μεταξύ των υγρών και ημι-υγρού διηλεκτρικών υλικών που χρησιμοποιούνται σήμερα στην τεχνολογία, τα λιπαντικά μετασχηματιστών και πυκνωτών, καθώς και τα συνθετικά ρευστά: sovtol, sovol.
Τα ορυκτέλαια λαμβάνονται από την κλασματική απόσταξη αργού πετρελαίου. Μεταξύ των επιμέρους τύπων τους υπάρχουν διαφορές ως προς το ιξώδες, τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά.
Για παράδειγμα, τα λάδια καλωδίων και πυκνωτών είναι εξαιρετικά εξευγενισμένα, επομένως έχουν εξαιρετικά διηλεκτρικά χαρακτηριστικά. Μη εύφλεκτα συνθετικά υγρά είναι το sovtol και το sovol. Για να ληφθεί το πρώτο, διεξάγεται μια αντίδραση χλωρίωσης κρυσταλλικού διφαινυλίου. Αυτό το διαφανές παχύρρευστο υγρό είναι τοξικό και μπορεί να ερεθίσει τη βλεννογόνο μεμβράνη, επομένως, όταν εργάζεστε με ένα τέτοιο διηλεκτρικό, πρέπει να τηρούνται προσεκτικά οι προφυλάξεις.
Sovtol είναι ένα μείγμα τριχλωροβενζολίου και σοβολίου, επομένως αυτό το ηλεκτρικό μονωτικό υλικό χαρακτηρίζεται από χαμηλότερο ιξώδες.
Και τα δύο συνθετικά υγρά χρησιμοποιούνται για τον εμποτισμό σύγχρονων πυκνωτών χαρτιού που είναι εγκατεστημένοι σε βιομηχανικές συσκευές AC και DC.
ΒιολογικόΤα διηλεκτρικά υλικά υψηλής περιεκτικότητας σε πολυμερή αποτελούνται από πολλά μόρια μονομερών. Το κεχριμπάρι, φυσικό καουτσούκ, έχει υψηλά διηλεκτρικά χαρακτηριστικά.
Τα κηρώδη υλικά όπως η κερεζίνη και η παραφίνη έχουν ξεχωριστό σημείο τήξης. Τέτοια διηλεκτρικά έχουν πολυκρυσταλλική δομή.
Στη σύγχρονη ηλεκτρική μηχανική, τα πλαστικά, που είναι σύνθετα υλικά, έχουν ζήτηση. Περιέχουν πολυμερή, ρητίνες, βαφές, σταθεροποιητικούς παράγοντες, καθώς και πλαστικοποιητικά συστατικά. Σύμφωνα με τη σχέση τους με τη θερμότητα, ταξινομούνται σε θερμοπλαστικά και θερμοσκληρυνόμενα υλικά.
Για εργασίες στον αέρα χρησιμοποιείται ηλεκτρικό χαρτόνι, το οποίο έχει πιο πυκνή δομή σε σύγκριση με το συμβατικό υλικό.
Μεταξύ των πολυεπίπεδων ηλεκτρομονωτικών υλικών με διηλεκτρικά χαρακτηριστικά, ξεχωρίζουμε τον textolite, τα getinaks, τα fiberglass. Αυτά τα ελάσματα, τα οποία χρησιμοποιούν ρητίνες σιλικόνης ή ρεζόλης ως συνδετικό υλικό, είναι εξαιρετικά διηλεκτρικά.
Αιτίες του φαινομένου
Υπάρχουν διάφοροι λόγοι για τη διάσπαση των διηλεκτρικών. Επομένως, δεν υπάρχει ακόμα μια καθολική θεωρία που να εξηγεί πλήρως αυτή τη φυσική διαδικασία. Ανεξάρτητα από την επιλογή μόνωσης, σε περίπτωση βλάβης, σχηματίζεται ένα κανάλι ειδικής αγωγιμότητας, το μέγεθος του οποίου οδηγεί σε βραχυκύκλωμα σε αυτήν την ηλεκτρική συσκευή. Ποιες είναι οι συνέπειες μιας τέτοιας διαδικασίας; Υπάρχει μεγάλη πιθανότητα έκτακτης ανάγκης, ως αποτέλεσμα της οποίαςη ηλεκτρική συσκευή θα τεθεί εκτός λειτουργίας.
Ανάλογα με το σύστημα μόνωσης, η βλάβη μπορεί να έχει διαφορετικές εκδηλώσεις. Για τα στερεά διηλεκτρικά, το κανάλι διατηρεί σημαντική αγωγιμότητα ακόμα και μετά την απενεργοποίηση του ρεύματος. Τα αέρια και υγρά ηλεκτρικά μονωτικά υλικά χαρακτηρίζονται από υψηλή κινητικότητα φορτισμένων ηλεκτρονίων. Επομένως, υπάρχει στιγμιαία αποκατάσταση του καναλιού βλάβης λόγω αλλαγής τάσης.
Στα υγρά, η διάσπαση προκαλείται από διάφορες διεργασίες. Πρώτον, σχηματίζονται οπτικές ανομοιογένειες στο χώρο μεταξύ των ηλεκτροδίων, σε αυτά τα σημεία το υγρό χάνει τη διαφάνειά του. Η θεωρία του A. Gemant θεωρεί τη διάσπαση ενός υγρού διηλεκτρικού ως γαλάκτωμα. Σύμφωνα με υπολογισμούς που έγιναν από επιστήμονες, λόγω της δράσης ενός ηλεκτρικού πεδίου, οι σταγόνες υγρασίας παίρνουν τη μορφή επιμήκους διπόλου. Σε περίπτωση υψηλής έντασης πεδίου, συνδυάζονται, γεγονός που συμβάλλει στην εκκένωση στο σχηματιζόμενο κανάλι.
Κατά τη διεξαγωγή πολλών πειραμάτων, διαπιστώθηκε ότι εάν υπάρχει αέριο στο υγρό, τότε με απότομη αύξηση της τάσης, θα εμφανιστούν φυσαλίδες πριν από τη διάσπαση. Ταυτόχρονα, η τάση διάσπασης τέτοιων υγρών μειώνεται με τη μείωση της πίεσης ή με την αύξηση της θερμοκρασίας.
Συμπέρασμα
Τα σύγχρονα διηλεκτρικά υλικά βελτιώνονται καθώς αναπτύσσεται η ηλεκτρική βιομηχανία. Επί του παρόντος, η τεχνολογία για τη δημιουργία διαφόρων τύπων διηλεκτρικών έχει εκσυγχρονιστεί τόσο πολύ που είναι δυνατή η δημιουργία φθηνών διηλεκτρικών με υψηλή απόδοση.
ΜεταξύΤα πιο απαιτητικά υλικά με τα αντίστοιχα χαρακτηριστικά παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον για το γυαλί και τα γυάλινα σμάλτα. Εγκατάσταση, αλκαλικό, λαμπτήρας, πυκνωτής, άλλα είδη αυτού του υλικού είναι ουσίες άμορφης δομής. Όταν στο μείγμα προστίθενται οξείδια ασβεστίου και αλουμινίου, είναι δυνατό να βελτιωθούν οι διηλεκτρικές ιδιότητες του υλικού και να μειωθεί η πιθανότητα διάσπασης.
Τα γυάλινα σμάλτα είναι υλικά στα οποία ένα λεπτό στρώμα γυαλιού εναποτίθεται στη μεταλλική επιφάνεια. Αυτή η τεχνολογία παρέχει αξιόπιστη προστασία από τη διάβρωση.
Όλα τα υλικά με ηλεκτρικά μονωτικά χαρακτηριστικά χρησιμοποιούνται ευρέως στη σύγχρονη τεχνολογία. Εάν αποτραπεί έγκαιρα η βλάβη του διηλεκτρικού, είναι πολύ πιθανό να αποτραπεί ζημιά σε ακριβό εξοπλισμό.
