Mielőtt megvizsgálnánk a dielektrikumok lebontási mechanizmusait, próbáljuk meg kideríteni ezen anyagok jellemzőit. Az elektromos szigetelő anyagok olyan anyagok, amelyek lehetővé teszik az elektromos berendezések vagy áramköri elemek különböző elektromos potenciállal rendelkező részeinek elkülönítését.
Az anyagok jellemzői
A vezetőképes anyagokhoz képest a szigetelők lényegesen nagyobb elektromos ellenállással rendelkeznek. Ezeknek az anyagoknak jellemző tulajdonsága az erős elektromos mezők létrehozása, valamint az energia felhalmozódása. Ezt a tulajdonságot széles körben használják kondenzátorokban.
Osztályozás
Az aggregáltság állapota szerint minden elektromos szigetelőanyag folyékony, gáznemű és szilárd halmazállapotúra van felosztva. A legnagyobb a dielektrikumok utolsó csoportja. Ide tartoznak a műanyagok, kerámiák, nagy polimertartalmú anyagok.
A kémiai összetételtől függően az elektromos szigetelőanyagok szervetlen és szerves anyagokra oszthatók.
A szén a szerves szigetelők fő kémiai elemeként működik. Maximális hőmérsékletnek ellenállszervetlen anyagok: kerámia, csillám.
A dielektrikumok előállítási módjától függően szokás ezeket szintetikusra és természetesre (természetesre) osztani. Mindegyik típusnak bizonyos jellemzői vannak. Jelenleg a szintetikus anyagok nagy csoportot alkotnak.
A szilárd dielektromos anyagokat az anyagok szerkezete, összetétele és technológiai jellemzői szerint külön alkategóriákra osztják. Vannak például viasz-, kerámia-, ásványi-, filmszigetelők.
Ezeket az anyagokat elektromos vezetőképesség jellemzi. Idővel az ilyen anyagok az abszorpciós áram csökkenése miatt változást mutatnak az áramértékben. Az elektromos szigetelőanyagban egy bizonyos pillanattól kezdve csak vezetőáram van, amelynek értékétől ennek az anyagnak a tulajdonságai függenek.
Folyamatfunkciók
Ha az elektromos térerősség nagyobb, mint az elektromos erősség határértéke, a dielektrikum meghibásodik. Ez a megsemmisítésének folyamata. Ez a kezdeti elektromos szigetelési jellemzők elvesztéséhez vezet az ilyen anyagok által okozott meghibásodás helyén.
A letörési feszültség az az érték, amelynél a dielektrikum meghibásodik.
A dielektromos erősséget a térerősség értékével jellemezzük.
A szilárd dielektrikumok lebomlása elektromos vagy termikus folyamat. Olyan jelenségeken alapul, amelyek az értékű szilárd szigetelőanyagok lavina növekedéséhez vezetnekelektromos áram.
A szilárd dielektrikumok lebontásának jellegzetes jellemzői vannak:
- a vezetőképességi érték hiánya vagy gyenge függése a hőmérséklettől és a feszültségtől;
- anyag elektromos szilárdsága egyenletes térben, függetlenül a felhasznált dielektromos anyag vastagságától;
- a mechanikai szilárdság szűk határai;
- először is, az áramerősség exponenciálisan növekszik, és a szilárd dielektrikumok meghibásodását az áram hirtelen növekedése kíséri;
- inhomogén térben ez a folyamat maximális térerősségű helyen megy végbe.
Hőkiesés
Nagy dielektromos veszteségek esetén jelenik meg, amikor az anyagot más hőforrások melegítik fel, amikor a hőenergia rosszul távozik. A dielektrikum ilyen meghibásodását az elektromos áram növekedése kíséri az ellenállás éles csökkenése következtében azon a területen, ahol a hővezetés megsérül. Hasonló folyamat figyelhető meg mindaddig, amíg a dielektrikum teljes hőpusztulása meg nem történik a legyengült helyen. Például az eredeti szilárd elektromos szigetelőanyag megolvad.
Jelek
A dielektromos meghibásodásnak jellegzetes jellemzői vannak:
- olyan helyen fordul elő, ahol rossz minőségű hőelvonás történik a környezetbe;
- áttörési feszültség csökken a környezeti hőmérséklet emelkedésével;
- az elektromos szilárdság fordítottan arányos a dielektrikum vastagságávalréteg.
Általános jellemzők
Jellemezzük a dielektrikumok lebontásának főbb típusait. A folyamat lényege, hogy az elektromos térerősség kritikus értékének túllépése esetén az elektromos szigetelőanyag elveszíti tulajdonságait. Ennek a folyamatnak többféle típusa van:
- a dielektrikum elektromos meghibásodása;
- termikus folyamat;
- elektrokémiai öregedés.
Az elektromos változat a negatív elektronok ütési ionizációja eredményeként jön létre, és erőteljes elektromos térben jelenik meg. Ezt a folyamatot az áramsűrűség meredek növekedése kíséri.
A szigetelőben zajló hőfolyamat oka a rendszer által termelt hőmennyiség növekedése az elektromos vezetőképesség hatásai vagy a dielektromos veszteségek következtében. Az ilyen meghibásodás eredménye az elektromos szigetelőanyag hőpusztulása.
A dielektrikumok áttörési feszültségének megváltozásakor átalakul az elektromos szigetelőanyag szerkezete, és megváltozik a dielektrikum kémiai összetétele is. Ennek eredményeként a szigetelési ellenállás visszafordíthatatlan csökkenése figyelhető meg. Ebben az esetben a dielektrikum elektromos öregedése következik be.
Gáznemű közegben
Hogyan történik a gáznemű dielektrikumok lebomlása? A kozmikus és radioaktív sugárzás miatt a légrésekben kis számú töltött részecske található. A mezőben a negatív elektronok felgyorsulása következik be, aminek következtében többletenergiára tesznek szert, melynek értéke közvetlenül függ a térerősségtől, ill.a részecske átlagos úthossza az ütközés előtt. Jelentős intenzitási értéknél az elektronáramlás növekedése figyelhető meg, ami a rés letörését okozza. Ezt a folyamatot több tényező is befolyásolja. Ezek közül a legfontosabb a terepi lehetőség. Közvetlen kapcsolat van a gáz elektromos erőssége, valamint a nyomás és a hőmérséklet között.
Folyékony közeg
A folyékony dielektrikumok lebomlása az elektromos szigetelőanyag tisztaságától függ. Három fokozat létezik:
- szilárd mechanikai szennyeződések és emulziós víz tartalma a dielektrikumban;
- műszakilag tiszta;
- alaposan megtisztítva és gáztalanítva.
A gondosan megtisztított folyékony dielektrikumokban a meghibásodásnak csak elektromos változata van. A folyadék és a gáz sűrűségének jelentős különbsége miatt az elektronút hossza csökken, ami a letörési feszültség növekedéséhez vezet.
A modern villamosenergia-iparban műszakilag tiszta típusú folyékony dielektrikumokat használnak, ezekben csak csekély szennyeződés jelenléte megengedett.
Figyelembe kell venni, hogy a folyékony elektromos szigetelőanyagban már a minimális mennyiségű emulziós víz is erőteljesen csökkenti az elektromos szilárdságot.
Így a dielektrikumok dielektromos szilárdsága és lebomlása egymással összefüggő mennyiségek. Tekintsük a lebontási mechanizmust folyékony közegben. Az emulziós vízcseppek elektromos térben polarizálódnak, majd a poláris elektródák közötti térbe esnek. Itt deformálódnak, összeolvadnak, és hidak képződnek,kis elektromos ellenállással. Rajtuk történik a teszt. A hidak megjelenése jelentősen csökkenti az olaj szilárdságát.
Az elektromos szigetelőanyagok jellemzői
A szilárd dielektrikumok lebontásának figyelembe vett típusai megtalálták alkalmazásukat a modern elektrotechnikában.
A technológiában jelenleg használt folyékony és félfolyékony dielektromos anyagok közül a transzformátor- és kondenzátorolajok, valamint a szintetikus folyadékok: sovtol, sovol.
Az ásványi olajokat a nyersolaj frakcionált desztillációjából nyerik. Az egyes típusaik között különbségek vannak viszkozitásban, elektromos jellemzőikben.
Például a kábel- és kondenzátorolajok nagymértékben finomítottak, így kiváló dielektromos jellemzőkkel rendelkeznek. A nem gyúlékony szintetikus folyadékok a szovtol és a sovol. Az első előállításához kristályos difenil klórozási reakcióját hajtjuk végre. Ez az átlátszó viszkózus folyadék mérgező, és irritálhatja a nyálkahártyát, ezért az ilyen dielektrikummal végzett munka során gondosan be kell tartani az óvintézkedéseket.
Sovtol triklór-benzol és szovol keveréke, ezért ezt az elektromos szigetelőanyagot alacsonyabb viszkozitás jellemzi.
Mindkét szintetikus folyadékkal impregnálják az ipari váltóáramú és egyenáramú eszközökbe szerelt modern papírkondenzátorokat.
Organikusa nagy polimertartalmú dielektromos anyagok sok monomer molekulából állnak. Borostyán, természetes gumi, magas dielektromos jellemzőkkel rendelkezik.
A viaszos anyagok, mint például a cerezin és a paraffin, határozott olvadásponttal rendelkeznek. Az ilyen dielektrikumok polikristályos szerkezetűek.
A modern elektrotechnikában a műanyagok, amelyek kompozit anyagok, keresettek. Polimereket, gyantákat, színezékeket, stabilizálószereket, valamint lágyító komponenseket tartalmaznak. A hővel való kapcsolatuk szerint hőre lágyuló és hőre keményedő anyagokra oszthatók.
A levegőben végzett munkához elektromos kartonpapírt használnak, amely a hagyományos anyaghoz képest sűrűbb szerkezetű.
A dielektromos jellemzőkkel rendelkező réteges elektromos szigetelő anyagok közül kiemeljük a textolitot, getinakot, üvegszálat. Ezek a laminátumok, amelyek kötőanyagként szilikon- vagy rezolgyantát használnak, kiváló dielektrikumok.
A jelenség okai
A dielektrikumok tönkremenetelének számos oka lehet. Ezért még mindig nincs olyan univerzális elmélet, amely teljes mértékben megmagyarázná ezt a fizikai folyamatot. Függetlenül a szigetelési lehetőségtől, meghibásodás esetén speciális vezetőképességű csatorna képződik, amelynek nagysága rövidzárlathoz vezet ebben az elektromos készülékben. Milyen következményekkel jár egy ilyen folyamat? Nagy a valószínűsége a vészhelyzetnek, aminek következtébenAz elektromos készüléket kivonják a forgalomból.
A szigetelési rendszertől függően a meghibásodás különböző megnyilvánulásokat mutathat. Szilárd dielektrikumok esetén a csatorna jelentős vezetőképességet tart fenn az áram kikapcsolása után is. A gáznemű és folyékony elektromos szigetelőanyagokat a töltött elektronok nagy mobilitása jellemzi. Ezért a feszültségváltozás miatt azonnal helyreáll a leállási csatorna.
A folyadékokban a meghibásodást különböző folyamatok okozzák. Először az elektródák közötti térben optikai inhomogenitások jönnek létre, ezeken a helyeken a folyadék elveszti átlátszóságát. A. Gemant elmélete a folyékony dielektrikum lebomlását emulziónak tekinti. A tudósok számításai szerint az elektromos mező hatására a nedvességcseppek megnyúlt dipólusok formájában jelentkeznek. Nagy térerősség esetén egyesülnek, ami hozzájárul a kisüléshez a kialakult csatornában.
Számos kísérlet során azt találták, hogy ha gáz van a folyadékban, akkor a feszültség éles növekedésével buborékok jelennek meg a meghibásodás előtt. Ugyanakkor az ilyen folyadékok áttörési feszültsége csökken a nyomás csökkenésével vagy a hőmérséklet emelkedésével.
Következtetés
A modern dielektromos anyagok az elektromos ipar fejlődésével javulnak. Jelenleg a különféle dielektrikumok előállításának technológiáját annyira modernizálták, hogy lehetővé válik olcsó, nagy teljesítményű dielektrikumok létrehozása.
KözöttA legkeresettebb anyagok a megfelelő tulajdonságokkal különösen érdekesek az üveg és az üvegzománcok számára. Szerelés, lúgos, lámpa, kondenzátor, ezen anyag egyéb típusai amorf szerkezetű anyagok. Ha kalcium- és alumínium-oxidot adunk a keverékhez, javítható az anyag dielektromos tulajdonságai, és csökkenthető a lebomlás valószínűsége.
Az üvegzománcok olyan anyagok, amelyekben vékony üvegréteg rakódik le a fémfelületen. Ez a technológia megbízható védelmet nyújt a korrózió ellen.
Minden elektromos szigetelő tulajdonsággal rendelkező anyagot széles körben használnak a modern technológiákban. Ha időben megakadályozzák a dielektromos lebontást, nagyon is elkerülhető a drága berendezések károsodása.
