Preden razmislimo o razpadnih mehanizmih dielektrikov, poskusimo ugotoviti značilnosti teh materialov. Električni izolacijski materiali so snovi, ki vam omogočajo izolacijo delov električne opreme ali elementov vezja, ki imajo različne električne potenciale.
Lastnosti materialov
V primerjavi s prevodnimi materiali imajo izolatorji bistveno večji električni upor. Značilna lastnost teh materialov je ustvarjanje močnih električnih polj, pa tudi kopičenje energije. Ta lastnost se pogosto uporablja v kondenzatorjih.
Razvrstitev
Glede na agregacijsko stanje so vsi električni izolacijski materiali razdeljeni na tekoče, plinaste in trdne. Največja je zadnja skupina dielektrikov. Sem spadajo plastika, keramika, visokopolimerni materiali.
Odvisno od kemične sestave električne izolacijske materiale delimo na anorganske in organske.
Ogljik deluje kot glavni kemični element v organskih izolatorjih. Najvišje temperature vzdržijoanorganski materiali: keramika, sljuda.
Odvisno od načina pridobivanja dielektrikov jih običajno delimo na sintetične in naravne (naravne). Vsaka vrsta ima določene lastnosti. Trenutno so sintetične snovi velika skupina.
Trdni dielektrični materiali so nadalje razdeljeni v ločene podkategorije glede na strukturo, sestavo, tehnološke značilnosti materialov. Na primer, obstajajo voščeni, keramični, mineralni, filmski izolatorji.
Za vse te materiale je značilna električna prevodnost. Sčasoma takšne snovi kažejo spremembo trenutne vrednosti zaradi zmanjšanja absorpcijskega toka. Od določenega trenutka v električnem izolacijskem materialu obstaja le prevodni tok, od katerega vrednosti so odvisne lastnosti tega materiala.
Procesne funkcije
Če je jakost električnega polja večja od mejne električne jakosti, pride do razpada dielektrika. To je proces njegovega uničenja. To vodi do izgube na mestu okvare s takšnim materialom svojih začetnih električnih izolacijskih lastnosti.
Napetost razbitja je vrednost, pri kateri pride do razpada dielektrika.
Dielektrično trdnost je značilna vrednost poljske jakosti.
Razgradnja trdnih dielektrikov je električni ali toplotni proces. Temelji na pojavih, ki vodijo v plazovito povečanje vrednosti trdnih izolacijskih materialovelektrični tok.
Razčlenitev trdnih dielektrikov ima značilne značilnosti:
- odsotnost ali šibka odvisnost od temperature in napetosti vrednosti prevodnosti;
- električna trdnost materiala v enotnem polju, ne glede na debelino uporabljenega dielektričnega materiala;
- ozke meje mehanske trdnosti;
- najprej, tok eksponentno narašča, okvare trdnih dielektrikov pa spremlja nenadno povečanje toka;
- v nehomogenem polju se ta proces zgodi na mestu z največjo močjo polja.
Termična razčlenitev
Pojavi se pri velikih dielektričnih izgubah, pri segrevanju materiala z drugimi viri toplote, ko je toplotna energija slabo odstranjena. Takšen razpad dielektrika spremlja povečanje električnega toka zaradi močnega zmanjšanja upora na območju, kjer je toplotna prevodnost motena. Podoben proces opazimo, dokler na oslabljenem mestu ne pride do popolnega toplotnega uničenja dielektrika. Na primer, originalni trdni električni izolacijski material se bo stopil.
znaki
Dielektrični razpad ima značilne lastnosti:
- nastane na mestu slabe kakovosti odvajanja toplote v okolje;
- prekinitvena napetost pada z naraščajočo temperaturo okolice;
- električna trdnost je obratno sorazmerna z debelino dielektrikaplast.
Splošne značilnosti
Opišimo glavne vrste razpada dielektrikov. Bistvo postopka je v izgubi električnega izolacijskega materiala svojih lastnosti, ko je presežena kritična vrednost jakosti električnega polja. Obstaja več vrst tega postopka:
- električni razpad dielektrika;
- termični proces;
- elektrokemično staranje.
Električna varianta nastane kot posledica udarne ionizacije z negativnimi elektroni, ki se pojavijo v močnem električnem polju. Ta proces spremlja močno povečanje gostote toka.
Vzrok toplotnega procesa v izolatorju je povečanje količine toplote, ki jo sistem ustvari zaradi učinkov električne prevodnosti ali kot posledica dielektričnih izgub. Rezultat takšne okvare je toplotno uničenje električnega izolacijskega materiala.
Ko se spremeni razpadna napetost dielektrikov, pride do transformacij v strukturi električnega izolacijskega materiala, spremeni pa se tudi kemična sestava dielektrika. Posledično se opazi nepopravljivo zmanjšanje izolacijske upornosti. V tem primeru pride do električnega staranja dielektrika.
V plinastem mediju
Kako pride do razpada plinastih dielektrikov? Zaradi kozmičnega in radioaktivnega sevanja je v zračnih režeh majhno število nabitih delcev. V polju pride do pospeška negativnih elektronov, zaradi česar pridobijo dodatno energijo, katere vrednost je neposredno odvisna od jakosti polja inpovprečna dolžina poti delca pred trkom. Pri pomembni vrednosti intenzivnosti opazimo povečanje toka elektronov, kar povzroči razpad vrzeli. Na ta proces vpliva več dejavnikov. Najpomembnejša med njimi je možnost na terenu. Obstaja neposredna povezava med električno močjo plina ter tlakom in temperaturo.
Tekoči medij
Razpad tekočih dielektrikov je povezan s čistostjo električnega izolacijskega materiala. Obstajajo tri stopnje:
- vsebnost trdnih mehanskih nečistoč in emulzijske vode v dielektriku;
- tehnično čist;
- temeljno očiščeno in razplinjeno.
V skrbno očiščenih tekočih dielektrikih obstaja samo električna različica okvare. Zaradi bistvene razlike v gostotah tekočine in plina se dolžina poti elektronov zmanjša, kar vodi do povečanja prelomne napetosti.
V sodobni elektroenergetiki se uporabljajo tehnično čiste vrste tekočih dielektrikov, dovoljena je le majhna prisotnost nečistoč v njih.
Upoštevati je treba, da že najmanjša količina emulzije vode v tekočem električnem izolacijskem materialu povzroči močno zmanjšanje električne trdnosti.
Tako sta dielektrična trdnost in razpad dielektrikov povezani količini. Poglejmo si mehanizem razgradnje v tekočem mediju. Kapljice emulzijske vode se polarizirajo v električnem polju, nato padejo v prostor med polarnima elektrodama. Tu se deformirajo, združijo in nastanejo mostovi,z majhnim električnim uporom. Na njih se pojavi test. Pojav mostov povzroči znatno zmanjšanje trdnosti olja.
Lastnosti električnih izolacijskih materialov
Upoštevane vrste razpada trdnih dielektrikov so našle svojo uporabo v sodobni elektrotehniki.
Med tekočimi in poltekočimi dielektričnimi materiali, ki se trenutno uporabljajo v tehnologiji, transformatorska in kondenzatorska olja ter sintetične tekočine: sovtol, sovol.
Mineralna olja se pridobivajo s frakcijsko destilacijo surove nafte. Med posameznimi vrstami so razlike v viskoznosti, električnih lastnostih.
Na primer, olja za kable in kondenzatorje so visoko rafinirana, zato imajo odlične dielektrične lastnosti. Nevnetljive sintetične tekočine sta sovtol in sovol. Za pridobitev prvega se izvede reakcija kloriranja kristalnega difenila. Ta prozorna viskozna tekočina je strupena in lahko draži sluznico, zato je treba pri delu s takšnim dielektrikom skrbno upoštevati previdnostne ukrepe.
Sovtol je mešanica triklorobenzena in sovola, zato je za ta električni izolacijski material značilna nižja viskoznost.
Obe sintetični tekočini se uporabljata za impregniranje sodobnih papirnih kondenzatorjev, nameščenih v industrijskih AC in DC napravah.
Ekološkovisokopolimerni dielektrični materiali so sestavljeni iz številnih monomernih molekul. Jantar, naravni kavčuk, ima visoke dielektrične lastnosti.
Voščeni materiali, kot sta cerezin in parafin, imajo izrazito tališče. Takšni dielektriki imajo polikristalno strukturo.
V sodobni elektrotehniki je povpraševanje po plastiki, ki je kompozitni material. Vsebujejo polimere, smole, barvila, stabilizatorje, pa tudi plastifikacijske komponente. Glede na njihov odnos do toplote jih delimo na termoplastične in termoreaktivne materiale.
Za delo v zraku se uporablja električni karton, ki ima v primerjavi z običajnim materialom gostejšo strukturo.
Med večplastnimi elektroizolacijskimi materiali z dielektričnimi lastnostmi izpostavljamo tekstolit, getinaks, steklena vlakna. Ti laminati, ki uporabljajo silikonske ali rezolne smole kot vezivo, so odlični dielektriki.
Vzroki za pojav
Obstajajo različni razlogi za razpad dielektrikov. Zato še vedno ni univerzalne teorije, ki bi v celoti pojasnila ta fizični proces. Ne glede na možnost izolacije se v primeru okvare oblikuje kanal posebne prevodnosti, katerega velikost vodi do kratkega stika v tej električni napravi. Kakšne so posledice takšnega procesa? Zaradi tega obstaja velika verjetnost izrednega dogodkaelektrična naprava bo ukinjena.
Odvisno od izolacijskega sistema se lahko okvara manifestira drugače. Pri trdnih dielektrikih kanal ohrani znatno prevodnost tudi po izklopu toka. Za plinaste in tekoče električne izolacijske materiale je značilna visoka mobilnost nabitih elektronov. Zato pride do takojšnje obnove kanala okvare zaradi spremembe napetosti.
V tekočinah razpad povzročajo različni procesi. Prvič, v prostoru med elektrodama nastanejo optične nehomogenosti, na teh mestih tekočina izgubi svojo prosojnost. A. Gemantova teorija obravnava razgradnjo tekočega dielektrika kot emulzijo. Po izračunih, ki so jih izvedli znanstveniki, imajo kapljice vlage zaradi delovanja električnega polja obliko podolgovatega dipola. V primeru velike poljske jakosti se združujejo, kar prispeva k razelektritvi v nastalem kanalu.
Pri izvajanju številnih poskusov je bilo ugotovljeno, da če je v tekočini plin, se bodo ob močnem povečanju napetosti pred razpadom pojavili mehurčki. Hkrati se razpadna napetost takšnih tekočin zmanjšuje z nižanjem tlaka ali z naraščanjem temperature.
Sklep
Sodobni dielektrični materiali se izboljšujejo z razvojem električne industrije. Trenutno je tehnologija za ustvarjanje različnih vrst dielektrikov tako posodobljena, da je mogoče ustvariti poceni dielektrike z visoko zmogljivostjo.
MedNajbolj zahtevani materiali z ustreznimi lastnostmi so zanimivi predvsem za steklo in steklene emajle. Namestitev, alkalna, svetilka, kondenzator, druge vrste tega materiala so snovi amorfne strukture. Ko zmesi dodamo kalcijeve in aluminijeve okside, je mogoče izboljšati dielektrične lastnosti materiala in zmanjšati verjetnost razpada.
Stekleni emajli so materiali, pri katerih se na kovinsko površino nanese tanek sloj stekla. Ta tehnologija zagotavlja zanesljivo zaščito pred korozijo.
Vsi materiali z električno izolacijskimi lastnostmi se široko uporabljajo v sodobni tehnologiji. Če pravočasno preprečimo razgradnjo dielektrika, je povsem mogoče preprečiti poškodbe drage opreme.
