Innan vi överväger nedbrytningsmekanismerna för dielektrika, låt oss försöka ta reda på egenskaperna hos dessa material. Elektriska isoleringsmaterial är ämnen som gör att du kan isolera delar av elektrisk utrustning eller kretselement som har olika elektrisk potential.
Materialegenskaper
Jämfört med ledande material har isolatorer ett betydligt högre elektriskt motstånd. En typisk egenskap hos dessa material är skapandet av kraftfulla elektriska fält, såväl som ackumulering av energi. Den här egenskapen används ofta i kondensatorer.
Klassificering
Beroende på tillståndet för aggregation delas alla elektriska isoleringsmaterial in i flytande, gasformiga, fasta. Den största är den sista gruppen av dielektrika. Dessa inkluderar plast, keramik, högpolymermaterial.
Beroende på den kemiska sammansättningen delas elektriska isoleringsmaterial in i oorganiska och organiska.
Kol fungerar som det huvudsakliga kemiska elementet i organiska isolatorer. Maximala temperaturer tåloorganiska material: keramik, glimmer.
Beroende på metoden för att erhålla dielektrikum är det vanligt att dela in dem i syntetiska och naturliga (naturliga). Varje typ har vissa egenskaper. För närvarande är syntetiska ämnen en stor grupp.
Fasta dielektriska material delas ytterligare in i separata underkategorier beroende på materialens struktur, sammansättning och tekniska egenskaper. Det finns till exempel vax, keramik, mineral, filmisolatorer.
Alla dessa material kännetecknas av elektrisk ledningsförmåga. Med tiden visar sådana ämnen en förändring i strömvärdet på grund av en minskning av absorptionsströmmen. Från ett visst ögonblick i det elektriska isoleringsmaterialet finns endast en ledningsström, på vars värde egenskaperna hos detta material beror.
Processfunktioner
Om den elektriska fältstyrkan är större än gränsen för elektrisk styrka inträffar dielektriskt genombrott. Detta är processen för dess förstörelse. Det leder till förlust i stället för nedbrytning av sådant material av dess ursprungliga elektriska isoleringsegenskaper.
Nedbrytningsspänning är det värde vid vilket ett dielektriskt genombrott inträffar.
Dielektrisk styrka kännetecknas av värdet på fältstyrkan.
Nedbrytningen av fast dielektrik är en elektrisk eller termisk process. Den är baserad på fenomen som leder till en lavinökning av solida isoleringsmaterial av värdetelektrisk ström.
Nedbrytningen av solid dielektrikum har karakteristiska egenskaper:
- frånvaro eller svagt beroende av temperatur och spänning av konduktivitetsvärde;
- elektrisk styrka hos ett material i ett enhetligt fält, oavsett tjockleken på det dielektriska materialet som används;
- snäva gränser för mekanisk hållfasthet;
- först ökar strömmen exponentiellt, och nedbrytningar av fast dielektrikum åtföljs av en abrupt ökning av strömmen;
- i ett inhomogent fält sker denna process på en plats med maximal fältstyrka.
Termiskt haveri
Det visas när det finns stora dielektriska förluster, när materialet värms upp av andra värmekällor, när värmeenergin är dåligt borttagen. En sådan nedbrytning av dielektrikumet åtföljs av en ökning av elektrisk ström som ett resultat av en kraftig minskning av motståndet i det område där värmeledning är försämrad. En liknande process observeras tills den fullständiga termiska förstörelsen av dielektriket inträffar på den försvagade platsen. Till exempel kommer det ursprungliga fasta elektriska isoleringsmaterialet att smälta.
Signs
Dielektrisk haveri har karakteristiska egenskaper:
- förekommer på en plats med dålig värmeavledning till miljön;
- nedbrytningsspänningen minskar med ökande omgivningstemperatur;
- elektrisk styrka är omvänt proportionell mot dielektrikumets tjockleklager.
Allmänna egenskaper
Låt oss karakterisera huvudtyperna av nedbrytning av dielektrikum. Kärnan i processen ligger i förlusten av elektriskt isoleringsmaterial av dess egenskaper när det kritiska värdet för den elektriska fältstyrkan överskrids. Det finns flera typer av denna process:
- elektriskt haveri av dielektrikum;
- termisk process;
- elektrokemisk åldring.
Elektrisk variant uppstår som ett resultat av stötjonisering av negativa elektroner, som uppträder i ett kraftfullt elektriskt fält. Denna process åtföljs av en kraftig ökning av strömtätheten.
Orsaken till den termiska processen i isolatorn är en ökning av mängden värme som genereras av systemet på grund av effekterna av elektrisk ledningsförmåga eller som ett resultat av dielektriska förluster. Resultatet av ett sådant haveri är den termiska förstörelsen av det elektriska isoleringsmaterialet.
När genombrottsspänningen för dielektrikum ändras sker transformationer i strukturen hos det elektriska isoleringsmaterialet, och den kemiska sammansättningen av dielektrikumet förändras också. Som ett resultat observeras en irreversibel minskning av isolationsmotståndet. I detta fall inträffar elektrisk åldring av dielektrikumet.
I ett gasformigt medium
Hur sker nedbrytningen av gasformig dielektrik? På grund av kosmisk och radioaktiv strålning finns det ett litet antal laddade partiklar i luftsp alterna. Det finns en acceleration av negativa elektroner i fältet, som ett resultat av vilket de förvärvar ytterligare energi, vars värde direkt beror på fältstyrkan ochmedelväglängden för partikeln före kollisionen. Vid ett signifikant intensitetsvärde observeras en ökning av elektronflödet, vilket orsakar en nedbrytning av gapet. Denna process påverkas av flera faktorer. Den viktigaste av dessa är fält alternativet. Det finns ett direkt samband mellan gasens elektriska styrka och tryck och temperatur.
Flytande medium
Nedbrytningen av flytande dielektrikum är relaterad till renheten hos det elektriska isoleringsmaterialet. Det finns tre grader:
- innehåll av fasta mekaniska föroreningar och emulsionsvatten i dielektrikumet;
- tekniskt rent;
- noggrant rengjorda och avgasade.
I noggrant rengjorda flytande dielektrikum finns det bara en elektrisk version av haveri. På grund av den signifikanta skillnaden i densiteter av vätska och gas, minskar elektronvägslängden, vilket leder till en ökning av genombrottsspänningen.
I modern elkraftindustri används tekniskt rena typer av flytande dielektrikum, endast en liten förekomst av föroreningar i dem är tillåten.
Det måste tas med i beräkningen att även den minsta mängden emulsionsvatten i det flytande elektriska isoleringsmaterialet orsakar en kraftig minskning av den elektriska styrkan.
Dielektrisk styrka och nedbrytning av dielektrikum är alltså relaterade storheter. Låt oss överväga nedbrytningsmekanismen i ett flytande medium. Droppar av emulsionsvatten polariseras i ett elektriskt fält och faller sedan in i utrymmet mellan de polära elektroderna. Här deformeras de, slås samman och broar bildas,med litet elektriskt motstånd. Det är på dem som testet sker. Utseendet på broar orsakar en betydande minskning av oljans styrka.
Funktioner hos elektriska isoleringsmaterial
De övervägda typerna av nedbrytning av fast dielektrikum har funnit sin tillämpning i modern elektroteknik.
Bland de flytande och halvflytande dielektriska material som för närvarande används inom teknik, transformator- och kondensatoroljor, såväl som syntetiska vätskor: sovtol, sovol.
Mineraloljor erhålls från fraktionerad destillation av råolja. Mellan deras individuella typer finns det skillnader i viskositet, elektriska egenskaper.
Kabel- och kondensatoroljor är till exempel mycket raffinerade, så de har utmärkta dielektriska egenskaper. Icke brandfarliga syntetiska vätskor är sovtol och sovol. För att erhålla den första utförs en kloreringsreaktion av kristallin difenyl. Denna genomskinliga viskösa vätska är giftig och kan irritera slemhinnan, därför måste försiktighetsåtgärder iakttas när man arbetar med ett sådant dielektrikum.
Sovtol är en blandning av triklorbensen och sovol, så detta elektriska isoleringsmaterial kännetecknas av en lägre viskositet.
Båda syntetiska vätskorna används för att impregnera moderna papperskondensatorer installerade i industriella AC- och DC-enheter.
Ekologisktdielektriska högpolymermaterial består av många monomermolekyler. Bärnsten, naturgummi, har höga dielektriska egenskaper.
Vaxartade material som ceresin och paraffin har en distinkt smältpunkt. Sådana dielektrika har en polykristallin struktur.
Inom modern elektroteknik efterfrågas plast, som är kompositmaterial. De innehåller polymerer, hartser, färgämnen, stabiliseringsmedel, såväl som mjukgörande komponenter. Beroende på deras förhållande till värme, klassificeras de i termoplast och härdplastmaterial.
För arbete i luften används elkartong som har en tätare struktur jämfört med konventionella material.
Bland de skiktade elektriska isoleringsmaterialen med dielektriska egenskaper lyfter vi fram textolit, getinaks, glasfiber. Dessa laminat, som använder silikon eller resolhartser som bindemedel, är utmärkta dielektrika.
Orsaker till fenomenet
Det finns olika anledningar till att dielektrika går sönder. Därför finns det fortfarande ingen universell teori som fullständigt skulle förklara denna fysiska process. Oavsett isolerings alternativet, i händelse av ett haveri, bildas en kanal med speciell ledningsförmåga, vars storlek leder till en kortslutning i denna elektriska enhet. Vilka är konsekvenserna av en sådan process? Det finns en stor sannolikhet för en nödsituation, som ett resultat av vilketelektrisk enhet kommer att tas ur drift.
Beroende på isoleringssystemet kan haveriet ha olika uttryck. För fast dielektrik behåller kanalen betydande konduktivitet även efter att strömmen stängts av. Gasformiga och flytande elektriska isoleringsmaterial kännetecknas av hög rörlighet av laddade elektroner. Därför sker en omedelbar återställning av genombrottskanalen på grund av en förändring i spänningen.
I vätskor orsakas nedbrytning av olika processer. Först bildas optiska inhomogeniteter i utrymmet mellan elektroderna, på dessa ställen förlorar vätskan sin transparens. A. Gemants teori betraktar nedbrytningen av ett flytande dielektrikum som en emulsion. Enligt beräkningar utförda av forskare, på grund av verkan av ett elektriskt fält, tar fuktdroppar formen av en långsträckt dipol. Vid hög fältstyrka kombineras de, vilket bidrar till urladdningen i den bildade kanalen.
När man utförde många experiment, fann man att om det finns en gas i vätskan, med en kraftig ökning av spänningen, kommer bubblor att dyka upp före sammanbrott. Samtidigt minskar genomslagsspänningen för sådana vätskor med minskande tryck eller med ökande temperatur.
Slutsats
Moderne dielektriska material förbättras i takt med att elindustrin utvecklas. För närvarande har tekniken för att skapa olika typer av dielektrikum moderniserats så att det är möjligt att skapa billiga dielektrika med hög prestanda.
BlandDe mest efterfrågade materialen med motsvarande egenskaper är av särskilt intresse för glas och glasemaljer. Installation, alkalisk, lampa, kondensator, andra typer av detta material är ämnen med en amorf struktur. När kalcium- och aluminiumoxider tillsätts blandningen är det möjligt att förbättra materialets dielektriska egenskaper och minska sannolikheten för nedbrytning.
Glasemaljer är material där ett tunt lager glas avsätts på metallytan. Denna teknik ger tillförlitligt skydd mot korrosion.
Alla material med elektriska isoleringsegenskaper används ofta i modern teknik. Om dielektriskt haveri förhindras i tid är det fullt möjligt att förhindra skador på dyr utrustning.
