Laten we, voordat we de doorslagmechanismen van diëlektrica beschouwen, proberen de kenmerken van deze materialen te achterhalen. Elektrische isolatiematerialen zijn stoffen waarmee u delen van elektrische apparatuur of circuitelementen met verschillende elektrische potentialen kunt isoleren.
Kenmerken van materialen
In vergelijking met geleidende materialen hebben isolatoren een aanzienlijk hogere elektrische weerstand. Een typische eigenschap van deze materialen is het creëren van krachtige elektrische velden, evenals de accumulatie van energie. Deze eigenschap wordt veel gebruikt in condensatoren.
Classificatie
Volgens de aggregatietoestand zijn alle elektrische isolatiematerialen verdeeld in vloeibaar, gasvormig en vast. De grootste is de laatste groep diëlektrica. Deze omvatten kunststoffen, keramiek, materialen met een hoog polymeer.
Afhankelijk van de chemische samenstelling worden elektrische isolatiematerialen onderverdeeld in anorganisch en organisch.
Koolstof fungeert als het belangrijkste chemische element in organische isolatoren. Maximale temperaturen weerstaananorganische materialen: keramiek, mica.
Afhankelijk van de methode om diëlektrica te verkrijgen, is het gebruikelijk om ze te verdelen in synthetisch en natuurlijk (natuurlijk). Elk type heeft bepaalde kenmerken. Momenteel vormen synthetische stoffen een grote groep.
Vaste diëlektrische materialen worden verder onderverdeeld in afzonderlijke subcategorieën op basis van de structuur, samenstelling en technologische kenmerken van materialen. Er zijn bijvoorbeeld was-, keramiek-, mineraal-, filmisolatoren.
Al deze materialen worden gekenmerkt door elektrische geleidbaarheid. Dergelijke stoffen vertonen na verloop van tijd een verandering in de stroomwaarde door een afname van de absorptiestroom. Vanaf een bepaald moment is er in het elektrisch isolatiemateriaal alleen een geleidingsstroom, waarvan de waarde afhankelijk is van de eigenschappen van dit materiaal.
Procesfuncties
Als de elektrische veldsterkte groter is dan de elektrische sterktelimiet, treedt diëlektrische doorslag op. Dit is het proces van zijn vernietiging. Het leidt tot het verlies op de plaats van doorslag door dergelijk materiaal van zijn aanvankelijke elektrische isolerende eigenschappen.
Doorslagspanning is de waarde waarbij een diëlektrische doorslag optreedt.
Diëlektrische sterkte wordt gekenmerkt door de waarde van de veldsterkte.
De afbraak van vaste diëlektrica is een elektrisch of thermisch proces. Het is gebaseerd op verschijnselen die leiden tot een lawinetoename van vaste isolatiematerialen van de waardeelektrische stroom.
De afbraak van vaste diëlektrica heeft karakteristieke kenmerken:
- afwezigheid of zwakke afhankelijkheid van temperatuur en spanning van geleidbaarheidswaarde;
- elektrische sterkte van een materiaal in een uniform veld, ongeacht de dikte van het gebruikte diëlektrische materiaal;
- smalle grenzen van mechanische sterkte;
- eerst neemt de stroom exponentieel toe en storingen van vaste diëlektrica gaan gepaard met een abrupte toename van de stroom;
- in een inhomogeen veld vindt dit proces plaats op een plaats met een maximale veldsterkte.
Thermische storing
Het verschijnt wanneer er grote diëlektrische verliezen zijn, wanneer het materiaal wordt verwarmd door andere warmtebronnen, wanneer de warmte-energie slecht wordt verwijderd. Een dergelijke doorslag van het diëlektricum gaat gepaard met een toename van de elektrische stroom als gevolg van een sterke afname van de weerstand in het gebied waar de warmtegeleiding wordt aangetast. Een soortgelijk proces wordt waargenomen totdat de volledige thermische vernietiging van het diëlektricum plaatsvindt op de verzwakte plaats. Het originele massieve elektrische isolatiemateriaal zal bijvoorbeeld smelten.
Tekens
Diëlektrische doorslag heeft karakteristieke kenmerken:
- komt voor op een plaats waar de warmte van slechte kwaliteit naar de omgeving wordt afgevoerd;
- doorslagspanning neemt af met toenemende omgevingstemperatuur;
- elektrische sterkte is omgekeerd evenredig met de dikte van het diëlektricumlaag.
Algemene kenmerken
Laten we de belangrijkste soorten afbraak van diëlektrica karakteriseren. De essentie van het proces ligt in het verlies van elektrisch isolatiemateriaal van zijn eigenschappen wanneer de kritische waarde van de elektrische veldsterkte wordt overschreden. Er zijn verschillende soorten van dit proces:
- elektrische afbraak van diëlektricum;
- thermisch proces;
- elektrochemische veroudering.
Elektrische variant treedt op als gevolg van impactionisatie door negatieve elektronen, die in een krachtig elektrisch veld verschijnen. Dit proces gaat gepaard met een sterke toename van de stroomdichtheid.
De reden voor het thermische proces in de isolator is een toename van de hoeveelheid warmte die door het systeem wordt gegenereerd als gevolg van de effecten van elektrische geleidbaarheid of als gevolg van diëlektrische verliezen. Het resultaat van een dergelijke storing is de thermische vernietiging van het elektrische isolatiemateriaal.
Wanneer de doorslagspanning van diëlektrica verandert, vinden er transformaties plaats in de structuur van het elektrische isolatiemateriaal en verandert ook de chemische samenstelling van het diëlektricum. Als resultaat wordt een onomkeerbare afname van de isolatieweerstand waargenomen. In dit geval treedt elektrische veroudering van het diëlektricum op.
In een gasvormig medium
Hoe vindt de afbraak van gasvormige diëlektrica plaats? Door kosmische en radioactieve straling bevindt zich een klein aantal geladen deeltjes in de luchtspleet. Er is een versnelling van negatieve elektronen in het veld, waardoor ze extra energie krijgen, waarvan de waarde direct afhangt van de veldsterkte engemiddelde padlengte van het deeltje vóór de botsing. Bij een significante intensiteitswaarde wordt een toename van de elektronenstroom waargenomen, wat een doorslag van de opening veroorzaakt. Dit proces wordt beïnvloed door verschillende factoren. De belangrijkste hiervan is de veldoptie. Er is een direct verband tussen de elektrische sterkte van gas en druk en temperatuur.
Vloeibaar medium
De afbraak van vloeibare diëlektrica is gerelateerd aan de zuiverheid van het elektrische isolatiemateriaal. Er zijn drie graden:
- geh alte aan vaste mechanische onzuiverheden en emulsiewater in het diëlektricum;
- technisch schoon;
- grondig gereinigd en ontgast.
In zorgvuldig gereinigde vloeibare diëlektrica is er alleen een elektrische versie van storing. Door het significante verschil in de dichtheden van de vloeistof en het gas, neemt de lengte van het elektronenpad af, wat leidt tot een toename van de doorslagspanning.
In de moderne elektriciteitsindustrie worden technisch zuivere soorten vloeibare diëlektrica gebruikt, slechts een geringe aanwezigheid van onzuiverheden is toegestaan.
Er moet rekening mee worden gehouden dat zelfs de minimale hoeveelheid emulsiewater in het vloeibare elektrische isolatiemateriaal een sterke vermindering van de elektrische sterkte veroorzaakt.
Diëlektrische sterkte en afbraak van diëlektrica zijn dus verwante grootheden. Laten we eens kijken naar het afbraakmechanisme in een vloeibaar medium. Druppels emulsiewater worden gepolariseerd in een elektrisch veld en vallen vervolgens in de ruimte tussen de polaire elektroden. Hier worden ze vervormd, samengevoegd en bruggen gevormd,met weinig elektrische weerstand. Het is op hen dat de test plaatsvindt. Het verschijnen van bruggen veroorzaakt een aanzienlijke vermindering van de sterkte van de olie.
Kenmerken van elektrische isolatiematerialen
De weloverwogen soorten afbraak van vaste diëlektrica hebben hun toepassing gevonden in de moderne elektrotechniek.
Onder de vloeibare en halfvloeibare diëlektrische materialen die momenteel worden gebruikt in technologie, transformator- en condensatoroliën, evenals synthetische vloeistoffen: sovtol, sovol.
Minerale oliën worden verkregen door de gefractioneerde destillatie van ruwe olie. Tussen hun individuele typen zijn er verschillen in viscositeit, elektrische kenmerken.
Kabel- en condensatoroliën zijn bijvoorbeeld zeer geraffineerd, dus ze hebben uitstekende diëlektrische eigenschappen. Niet-brandbare synthetische vloeistoffen zijn sovtol en sovol. Om de eerste te verkrijgen, wordt een chloreringsreactie van kristallijn difenyl uitgevoerd. Deze transparante stroperige vloeistof is giftig en kan het slijmvlies irriteren, daarom moeten bij het werken met een dergelijk diëlektricum zorgvuldig voorzorgsmaatregelen worden genomen.
Sovtol is een mengsel van trichloorbenzeen en sovol, dus dit elektrisch isolatiemateriaal wordt gekenmerkt door een lagere viscositeit.
Beide synthetische vloeistoffen worden gebruikt om moderne papiercondensatoren te impregneren die zijn geïnstalleerd in industriële AC- en DC-apparaten.
Biologischhoog-polymeer diëlektrische materialen zijn samengesteld uit vele monomeermoleculen. Amber, natuurlijk rubber, heeft hoge diëlektrische eigenschappen.
Waxachtige materialen zoals ceresine en paraffine hebben een duidelijk smeltpunt. Dergelijke diëlektrica hebben een polykristallijne structuur.
In de moderne elektrotechniek is er veel vraag naar kunststoffen, die composietmaterialen zijn. Ze bevatten polymeren, harsen, kleurstoffen, stabilisatoren en weekmakers. Volgens hun relatie tot warmte worden ze ingedeeld in thermoplastische en thermohardende materialen.
Voor werken in de lucht wordt elektrisch karton gebruikt, dat een dichtere structuur heeft in vergelijking met conventioneel materiaal.
Onder de gelaagde elektrische isolatiematerialen met diëlektrische eigenschappen, benadrukken we textoliet, getinaks, glasvezel. Deze laminaten, die siliconen of resolharsen als bindmiddel gebruiken, zijn uitstekende diëlektrica.
Oorzaken van het fenomeen
Er zijn verschillende redenen voor het defect raken van diëlektrica. Daarom is er nog steeds geen universele theorie die dit fysieke proces volledig zou verklaren. Ongeacht de isolatieoptie, in het geval van een storing, wordt een kanaal met speciale geleidbaarheid gevormd, waarvan de grootte leidt tot kortsluiting in dit elektrische apparaat. Wat zijn de gevolgen van zo'n proces? De kans op een calamiteit is groot, waardoorelektrisch apparaat wordt buiten dienst gesteld.
Afhankelijk van het isolatiesysteem kan de storing verschillende verschijningsvormen hebben. Voor vaste diëlektrica behoudt het kanaal een aanzienlijke geleidbaarheid, zelfs nadat de stroom is uitgeschakeld. Gasvormige en vloeibare elektrische isolatiematerialen worden gekenmerkt door een hoge mobiliteit van geladen elektronen. Daarom is er een onmiddellijk herstel van het doorslagkanaal als gevolg van een verandering in spanning.
In vloeistoffen wordt afbraak veroorzaakt door verschillende processen. In de ruimte tussen de elektroden ontstaan eerst optische inhomogeniteiten, op deze plaatsen verliest de vloeistof zijn transparantie. De theorie van A. Gemant beschouwt de afbraak van een vloeibaar diëlektricum als een emulsie. Volgens berekeningen uitgevoerd door wetenschappers nemen vochtdruppels door de werking van een elektrisch veld de vorm aan van een langwerpige dipool. Bij een hoge veldsterkte combineren ze, wat bijdraagt aan de ontlading in het gevormde kanaal.
Bij het uitvoeren van talloze experimenten bleek dat als er een gas in de vloeistof zit, er bij een sterke toename van de spanning bellen verschijnen voordat ze kapot gaan. Tegelijkertijd neemt de doorslagspanning van dergelijke vloeistoffen af met afnemende druk of met toenemende temperatuur.
Conclusie
Moderne diëlektrische materialen verbeteren naarmate de elektrische industrie zich ontwikkelt. Op dit moment is de technologie voor het maken van verschillende soorten diëlektrica zo gemoderniseerd dat het mogelijk is goedkope diëlektrica met hoge prestaties te maken.
OnderDe meest gevraagde materialen met de overeenkomstige eigenschappen zijn van bijzonder belang voor glas en glasemail. Installatie, alkaline, lamp, condensator, andere soorten van dit materiaal zijn stoffen met een amorfe structuur. Wanneer calcium- en aluminiumoxiden aan het mengsel worden toegevoegd, is het mogelijk om de diëlektrische eigenschappen van het materiaal te verbeteren en de kans op afbraak te verkleinen.
Glasglazuur is een materiaal waarbij een dunne laag glas op het metalen oppervlak wordt afgezet. Deze technologie biedt betrouwbare bescherming tegen corrosie.
Alle materialen met elektrisch isolerende eigenschappen worden veel gebruikt in de moderne technologie. Als diëlektrische doorslag tijdig wordt voorkomen, is het goed mogelijk om schade aan dure apparatuur te voorkomen.
