Før vi overvejer dielektriske nedbrydningsmekanismer, lad os prøve at finde ud af funktionerne i disse materialer. Elektriske isoleringsmaterialer er stoffer, der giver dig mulighed for at isolere dele af elektrisk udstyr eller kredsløbselementer, der har forskellige elektriske potentialer.
Funktioner af materialer
I sammenligning med ledende materialer har isolatorer en væsentlig højere elektrisk modstand. En typisk egenskab ved disse materialer er skabelsen af kraftige elektriske felter såvel som akkumulering af energi. Denne egenskab er meget brugt i kondensatorer.
Klassificering
I henhold til aggregeringstilstanden er alle elektriske isoleringsmaterialer opdelt i flydende, gasformige, faste. Den største er den sidste gruppe af dielektriske stoffer. Disse omfatter plastik, keramik, højpolymermaterialer.
Afhængigt af den kemiske sammensætning opdeles elektriske isoleringsmaterialer i uorganiske og organiske.
Carbon fungerer som det vigtigste kemiske element i organiske isolatorer. Maksimal temperatur modståuorganiske materialer: keramik, glimmer.
Afhængigt af metoden til at opnå dielektriske stoffer er det sædvanligt at opdele dem i syntetiske og naturlige (naturlige). Hver type har visse funktioner. I øjeblikket er syntetiske stoffer en stor gruppe.
Faste dielektriske materialer er yderligere underopdelt i separate underkategorier i henhold til materialernes struktur, sammensætning og teknologiske egenskaber. For eksempel er der voks-, keramik-, mineral-, filmisolatorer.
Alle disse materialer er kendetegnet ved elektrisk ledningsevne. Over tid viser sådanne stoffer en ændring i den aktuelle værdi på grund af et fald i absorptionsstrømmen. Fra et vist øjeblik i det elektriske isoleringsmateriale er der kun en ledningsstrøm, af hvilken værdi dette materiales egenskaber afhænger.
Procesfunktioner
Hvis den elektriske feltstyrke er større end den elektriske styrkegrænse, opstår der dielektrisk sammenbrud. Dette er processen med dets ødelæggelse. Det fører til tab i stedet for nedbrydning af sådant materiale af dets oprindelige elektriske isoleringsegenskaber.
Nedbrudsspænding er den værdi, ved hvilken der opstår et dielektrisk nedbrud.
Dielektrisk styrke er karakteriseret ved værdien af feltstyrken.
Nedbrydningen af fast dielektrikum er en elektrisk eller termisk proces. Det er baseret på fænomener, der fører til en lavinestigning i solide isoleringsmaterialer af værdienelektrisk strøm.
Nedbrydningen af fast dielektrikum har karakteristiske træk:
- fravær eller svag afhængighed af temperatur og spænding af konduktivitetsværdi;
- elektrisk styrke af et materiale i et ensartet felt, uanset tykkelsen af det anvendte dielektriske materiale;
- snævre grænser for mekanisk styrke;
- for det første stiger strømmen eksponentielt, og nedbrud af fast dielektrikum er ledsaget af en brat stigning i strømmen;
- i et inhomogent felt sker denne proces på et sted med en maksimal feltstyrke.
Termisk nedbrud
Det vises, når der er store dielektriske tab, når materialet opvarmes af andre varmekilder, når varmeenergien er dårligt fjernet. En sådan nedbrydning af dielektrikumet er ledsaget af en stigning i elektrisk strøm som følge af et kraftigt fald i modstand i det område, hvor varmeledning er svækket. En lignende proces observeres, indtil den fuldstændige termiske ødelæggelse af dielektrikumet forekommer på det svækkede sted. For eksempel vil det originale solide elektriske isoleringsmateriale smelte.
Signs
Dielektrisk nedbrud har karakteristiske træk:
- forekommer på et sted, hvor varmefjernelse af dårlig kvalitet til miljøet;
- nedbrudsspændingen falder med stigende omgivelsestemperatur;
- elektrisk styrke er omvendt proportional med tykkelsen af dielektrikumetlag.
Generelle karakteristika
Lad os karakterisere hovedtyperne af nedbrydning af dielektrikum. Essensen af processen ligger i tabet af elektrisk isoleringsmateriale af dets egenskaber, når den kritiske værdi af den elektriske feltstyrke overskrides. Der er flere typer af denne proces:
- elektrisk nedbrud af dielektrikum;
- termisk proces;
- elektrokemisk aldring.
Elektrisk variant opstår som et resultat af stødionisering af negative elektroner, der optræder i et kraftigt elektrisk felt. Denne proces er ledsaget af en kraftig stigning i strømtætheden.
Årsagen til den termiske proces i isolatoren er en stigning i mængden af varme, der genereres af systemet på grund af virkningerne af elektrisk ledningsevne eller som et resultat af dielektriske tab. Resultatet af et sådant nedbrud er den termiske ødelæggelse af det elektriske isoleringsmateriale.
Når gennembrudsspændingen af dielektrikum ændres, sker der transformationer i strukturen af det elektriske isoleringsmateriale, og den kemiske sammensætning af dielektrikumet ændres også. Som et resultat observeres et irreversibelt fald i isolationsmodstanden. I dette tilfælde opstår elektrisk ældning af dielektrikumet.
I et gasformigt medium
Hvordan sker nedbrydningen af gasformige dielektrika? På grund af kosmisk og radioaktiv stråling er der et lille antal ladede partikler i luftsp alterne. Der er en acceleration af negative elektroner i feltet, som et resultat af hvilket de får yderligere energi, hvis værdi direkte afhænger af feltstyrken ogmiddelvejlængde af partiklen før kollisionen. Ved en signifikant intensitetsværdi observeres en stigning i elektronstrømmen, hvilket forårsager en nedbrydning af mellemrummet. Denne proces påvirkes af flere faktorer. Den vigtigste af disse er feltmuligheden. Der er en direkte sammenhæng mellem gassens elektriske styrke og tryk og temperatur.
Flydende medium
Nedbrydningen af flydende dielektrikum er relateret til renheden af det elektriske isoleringsmateriale. Der er tre grader:
- indhold af faste mekaniske urenheder og emulsionsvand i dielektrikumet;
- teknisk rent;
- grundigt renset og afgasset.
I omhyggeligt rengjorte flydende dielektriske stoffer er der kun en elektrisk version af nedbrud. På grund af den betydelige forskel i tæthederne af væsken og gassen falder elektronvejlængden, hvilket fører til en stigning i gennembrudsspændingen.
I moderne elektrisk kraftindustri anvendes teknisk rene typer flydende dielektrikum, kun en lille tilstedeværelse af urenheder i dem er tilladt.
Det skal tages i betragtning, at selv den minimale mængde emulsionsvand i det flydende elektriske isoleringsmateriale forårsager en kraftig reduktion i elektrisk styrke.
Således er dielektrisk styrke og nedbrydning af dielektrikum relaterede størrelser. Lad os overveje nedbrydningsmekanismen i et flydende medium. Dråber af emulsionsvand polariseres i et elektrisk felt, hvorefter de falder ind i mellemrummet mellem de polære elektroder. Her bliver de deformeret, smeltet sammen og der dannes broer,med lille elektrisk modstand. Det er på dem, at testen finder sted. Fremkomsten af broer forårsager en betydelig reduktion i oliens styrke.
Funktioner ved elektriske isoleringsmaterialer
De overvejede typer af nedbrydning af fast dielektrikum har fundet deres anvendelse i moderne elektroteknik.
Blandt de flydende og halvflydende dielektriske materialer, der i øjeblikket anvendes i teknologi, transformer- og kondensatorolier, samt syntetiske væsker: sovtol, sovol.
Mineralolier opnås ved fraktioneret destillation af råolie. Mellem deres individuelle typer er der forskelle i viskositet, elektriske egenskaber.
F.eks. er kabel- og kondensatorolier meget raffinerede, så de har fremragende dielektriske egenskaber. Ikke-brændbare syntetiske væsker er sovtol og sovol. For at opnå den første udføres en chloreringsreaktion af krystallinsk diphenyl. Denne gennemsigtige tyktflydende væske er giftig og kan irritere slimhinden, og derfor skal forholdsregler overholdes omhyggeligt, når man arbejder med et sådant dielektrikum.
Sovtol er en blanding af trichlorbenzen og sovol, så dette elektriske isoleringsmateriale er karakteriseret ved en lavere viskositet.
Begge syntetiske væsker bruges til at imprægnere moderne papirkondensatorer installeret i industrielle AC- og DC-enheder.
Økologiskhøjpolymere dielektriske materialer er sammensat af mange monomermolekyler. Rav, naturgummi, har høje dielektriske egenskaber.
Voksagtige materialer såsom ceresin og paraffin har et tydeligt smeltepunkt. Sådanne dielektrika har en polykrystallinsk struktur.
I moderne elektroteknik er plast, som er kompositmaterialer, efterspurgt. De indeholder polymerer, harpikser, farvestoffer, stabiliseringsmidler samt blødgørende komponenter. I henhold til deres forhold til varme klassificeres de i termoplastiske og termohærdende materialer.
Til arbejde i luften anvendes elektrisk pap, som har en tættere struktur sammenlignet med konventionelt materiale.
Blandt de lagdelte elektriske isoleringsmaterialer med dielektriske egenskaber fremhæver vi tekstolit, getinaks, glasfiber. Disse laminater, som bruger silikone eller resolharpikser som bindemiddel, er fremragende dielektriske stoffer.
Årsager til fænomenet
Der er forskellige årsager til nedbrydning af dielektrikum. Derfor er der stadig ingen universel teori, der fuldt ud kan forklare denne fysiske proces. Uanset isoleringsmuligheden, i tilfælde af et sammenbrud, dannes en kanal med speciel ledningsevne, hvis størrelse fører til en kortslutning i denne elektriske enhed. Hvad er konsekvenserne af en sådan proces? Der er stor sandsynlighed for en nødsituation, som følge herafelektrisk enhed vil blive taget ud af drift.
Afhængigt af isoleringssystemet kan sammenbruddet have forskellige manifestationer. For fast dielektrikum bevarer kanalen betydelig ledningsevne, selv efter at strømmen er slukket. Gasformige og flydende elektriske isoleringsmaterialer er kendetegnet ved høj mobilitet af ladede elektroner. Derfor er der en øjeblikkelig genoprettelse af nedbrudskanalen på grund af en spændingsændring.
I væsker er nedbrydning forårsaget af forskellige processer. Først dannes optiske inhomogeniteter i mellemrummet mellem elektroderne, på disse steder mister væsken sin gennemsigtighed. A. Gemants teori betragter nedbrydningen af et flydende dielektrikum som en emulsion. Ifølge beregninger udført af forskere, på grund af virkningen af et elektrisk felt, har fugtdråber form af en langstrakt dipol. I tilfælde af en høj feltstyrke kombineres de, hvilket bidrager til udledningen i den dannede kanal.
Ved udførelse af adskillige eksperimenter blev det fundet, at hvis der er en gas i væsken, vil der med en kraftig stigning i spændingen opstå bobler før nedbrud. Samtidig falder gennemslagsspændingen af sådanne væsker med faldende tryk eller med stigende temperatur.
Konklusion
Moderne dielektriske materialer bliver bedre, efterhånden som den elektriske industri udvikler sig. På nuværende tidspunkt er teknologien til fremstilling af forskellige typer dielektrikum blevet så moderniseret, at det er muligt at skabe billige dielektrika med høj ydeevne.
BlandtDe mest efterspurgte materialer med de tilsvarende egenskaber er af særlig interesse for glas og glasemaljer. Installation, alkalisk, lampe, kondensator, andre typer af dette materiale er stoffer med en amorf struktur. Når calcium- og aluminiumoxider tilsættes blandingen, er det muligt at forbedre materialets dielektriske egenskaber og reducere sandsynligheden for nedbrydning.
Glasemaljer er materialer, hvor et tyndt lag glas er aflejret på metaloverfladen. Denne teknologi giver pålidelig beskyttelse mod korrosion.
Alle materialer med elektriske isoleringsegenskaber er meget udbredt i moderne teknologi. Hvis dielektrisk nedbrud forhindres i tide, er det meget muligt at forhindre skader på dyrt udstyr.
