Înainte de a lua în considerare mecanismele de defalcare ale dielectricilor, să încercăm să aflăm caracteristicile acestor materiale. Materialele electroizolante sunt substanțe care vă permit să izolați părți ale echipamentelor electrice sau elemente de circuit care au potențiale electrice diferite.
Caracteristicile materialelor
În comparație cu materialele conductoare, izolatorii au o rezistență electrică semnificativ mai mare. O proprietate tipică a acestor materiale este crearea de câmpuri electrice puternice, precum și acumularea de energie. Această proprietate este utilizată pe scară largă în condensatoare.
Clasificare
În funcție de starea de agregare, toate materialele electroizolante se împart în lichide, gazoase, solide. Cel mai mare este ultimul grup de dielectrici. Acestea includ materiale plastice, ceramică, materiale cu conținut ridicat de polimeri.
În funcție de compoziția chimică, materialele electroizolante sunt împărțite în anorganice și organice.
Carbonul acționează ca principalul element chimic în izolatorii organici. Rezistă temperaturile maximemateriale anorganice: ceramică, mica.
În funcție de metoda de obținere a dielectricilor, se obișnuiește să le împarți în sintetice și naturale (naturale). Fiecare tip are anumite caracteristici. În prezent, substanțele sintetice reprezintă un grup mare.
Materialele dielectrice solide sunt în continuare subdivizate în subcategorii separate în funcție de structura, compoziția, caracteristicile tehnologice ale materialelor. De exemplu, există izolatori de ceară, ceramică, minerale, film.
Toate aceste materiale sunt caracterizate prin conductivitate electrică. În timp, astfel de substanțe prezintă o modificare a valorii curentului datorită scăderii curentului de absorbție. De la un moment dat în materialul electroizolant există doar un curent de conducție, de a cărui valoare depind proprietățile acestui material.
Funcții de proces
Dacă intensitatea câmpului electric este mai mare decât limita de putere electrică, are loc o defecțiune dielectrică. Acesta este procesul de distrugere a acestuia. Ea duce la pierderea la locul defectării de către un astfel de material a caracteristicilor sale inițiale de izolare electrică.
Tensiunea de defecțiune este valoarea la care are loc o defecțiune dielectrică.
Rizitatea dielectrică este caracterizată de valoarea intensității câmpului.
Defalcarea dielectricilor solizi este un proces electric sau termic. Se bazează pe fenomene care duc la o creștere a avalanșă a materialelor izolante solide de valoarecurent electric.
Defalcarea dielectricilor solizi are caracteristici caracteristice:
- absență sau dependență slabă de temperatură și tensiune a valorii conductibilității;
- rezistența electrică a unui material într-un câmp uniform, indiferent de grosimea materialului dielectric utilizat;
- limite înguste ale rezistenței mecanice;
- în primul rând, curentul crește exponențial, iar defecțiunile dielectricilor solizi sunt însoțite de o creștere bruscă a curentului;
- într-un câmp neomogen, acest proces are loc într-un loc cu o intensitate maximă a câmpului.
Defalcare termică
Apare atunci când există pierderi dielectrice mari, când materialul este încălzit de alte surse de căldură, când energia termică este prost îndepărtată. O astfel de defalcare a dielectricului este însoțită de o creștere a curentului electric ca urmare a unei scăderi accentuate a rezistenței în zona în care este afectată conducția căldurii. Un proces similar se observă până când în locul slăbit are loc distrugerea termică completă a dielectricului. De exemplu, materialul izolator electric solid original se va topi.
Semne
Defectarea dielectrică are caracteristici caracteristice:
- apare într-un loc de eliminare a căldurii de proastă calitate în mediu;
- tensiunea de întrerupere scade odată cu creșterea temperaturii ambientale;
- rezistența electrică este invers proporțională cu grosimea dielectriculuistrat.
Caracteristici generale
Să caracterizăm principalele tipuri de defalcare a dielectricilor. Esența procesului constă în pierderea materialului electroizolant a caracteristicilor sale atunci când valoarea critică a intensității câmpului electric este depășită. Există mai multe tipuri de acest proces:
- defalcare electrică a dielectricului;
- proces termic;
- imbatranire electrochimica.
Varianta electrică apare ca urmare a ionizării prin impact de către electroni negativi, apărând într-un câmp electric puternic. Acest proces este însoțit de o creștere bruscă a densității curentului.
Motivul procesului termic în izolator este o creștere a cantității de căldură generată de sistem din cauza efectelor conductivității electrice sau ca urmare a pierderilor dielectrice. Rezultatul unei astfel de defecțiuni este distrugerea termică a materialului electroizolant.
Când se modifică tensiunea de defalcare a dielectricilor, au loc transformări în structura materialului electroizolant, iar compoziția chimică a dielectricului se modifică. Ca urmare, se observă o scădere ireversibilă a rezistenței de izolație. În acest caz, are loc îmbătrânirea electrică a dielectricului.
În mediu gazos
Cum are loc defalcarea dielectricilor gazoși? Datorită radiațiilor cosmice și radioactive, există un număr mic de particule încărcate în golurile de aer. Există o accelerare a electronilor negativi în câmp, în urma căreia aceștia dobândesc energie suplimentară, a cărei valoare depinde direct de intensitatea câmpului șilungimea medie a traiectoriei particulei înainte de coliziune. La o valoare de intensitate semnificativă, se observă o creștere a fluxului de electroni, ceea ce determină o defalcare a decalajului. Acest proces este influențat de mai mulți factori. Cea mai importantă dintre acestea este opțiunea de câmp. Există o relație directă între puterea electrică a gazului și presiune și temperatură.
Lichid mediu
Defalcarea dielectricilor lichidi este legată de puritatea materialului electroizolant. Există trei grade:
- conținut de impurități mecanice solide și emulsie de apă în dielectric;
- curat tehnic;
- curățat și degazat temeinic.
În dielectricele lichide curățate cu grijă, există doar o versiune electrică a defecțiunii. Datorită diferenței semnificative a densităților lichidului și gazului, lungimea căii electronilor scade, ceea ce duce la creșterea tensiunii de rupere.
În industria modernă a energiei electrice, se folosesc tipuri pure din punct de vedere tehnic de dielectrici lichidi, este permisă doar o ușoară prezență de impurități în acestea.
Trebuie să ținem cont de faptul că chiar și cantitatea minimă de apă de emulsie din materialul izolant electric lichid provoacă o reducere puternică a rezistenței electrice.
Astfel, rigiditatea dielectrică și defalcarea dielectricilor sunt cantități corelate. Să luăm în considerare mecanismul de defalcare într-un mediu lichid. Picăturile de apă în emulsie sunt polarizate într-un câmp electric, apoi cad în spațiul dintre electrozii polari. Aici sunt deformate, îmbinate și se formează poduri,cu rezistență electrică mică. Pe ei are loc testul. Apariția punților determină o reducere semnificativă a rezistenței uleiului.
Caracteristici ale materialelor electroizolante
Tipurile considerate de defalcare a dielectricilor solizi și-au găsit aplicația în ingineria electrică modernă.
Dintre materialele dielectrice lichide și semi-lichide utilizate în prezent în tehnologie, uleiurile de transformatoare și condensatoare, precum și fluide sintetice: sovtol, sovol.
Uleiurile minerale sunt obținute din distilarea fracționată a țițeiului. Între tipurile lor individuale există diferențe de vâscozitate și caracteristici electrice.
De exemplu, uleiurile de cablu și condensatoare sunt foarte rafinate, astfel încât au caracteristici dielectrice excelente. Lichidele sintetice neinflamabile sunt sovtol și sovol. Pentru a obține primul, se efectuează o reacție de clorinare a difenilului cristalin. Acest lichid vâscos transparent este toxic și poate irita membrana mucoasă, prin urmare, atunci când lucrați cu un astfel de dielectric, trebuie respectate cu atenție măsurile de precauție.
Sovtol este un amestec de triclorbenzen și sovol, astfel încât acest material electroizolant se caracterizează printr-o vâscozitate mai mică.
Ambele fluide sintetice sunt folosite pentru a impregna condensatoarele moderne de hârtie instalate în dispozitivele industriale de curent alternativ și curent continuu.
OrganicMaterialele dielectrice cu polimeri înalți sunt compuse din multe molecule de monomeri. Chihlimbarul, cauciucul natural, are caracteristici dielectrice ridicate.
Materiale cerate precum cerezina și parafina au un punct de topire distinct. Astfel de dielectrici au o structură policristalină.
În inginerie electrică modernă, materialele plastice, care sunt materiale compozite, sunt solicitate. Conțin polimeri, rășini, coloranți, agenți de stabilizare, precum și componente plastifiante. În funcție de relația lor cu căldura, ele sunt clasificate în materiale termoplastice și termorezistente.
Pentru lucrul în aer se folosește carton electric, care are o structură mai densă în comparație cu materialul convențional.
Dintre materialele electroizolante stratificate cu caracteristici dielectrice, evidentiam textolit, getinaks, fibra de sticla. Aceste laminate, care folosesc rășini siliconice sau rezol ca liant, sunt dielectrici excelente.
Cauzele fenomenului
Există diverse motive pentru defectarea dielectricilor. Prin urmare, încă nu există o teorie universală care să explice pe deplin acest proces fizic. Indiferent de opțiunea de izolare, în cazul unei defecțiuni, se formează un canal de conductivitate specială, a cărui magnitudine duce la un scurtcircuit în acest dispozitiv electric. Care sunt consecințele unui astfel de proces? Există o mare probabilitate de apariție a unei urgențe, în urma căreiadispozitivul electric va fi scos din funcțiune.
In functie de sistemul de izolare, avaria poate avea manifestari diferite. Pentru dielectricii solizi, canalul păstrează o conductivitate semnificativă chiar și după ce curentul este oprit. Materialele electroizolante gazoase și lichide se caracterizează printr-o mobilitate ridicată a electronilor încărcați. Prin urmare, există o restabilire instantanee a canalului de defecțiune din cauza unei modificări a tensiunii.
În lichide, defalcarea este cauzată de diferite procese. În primul rând, se formează neomogenități optice în spațiul dintre electrozi, în aceste locuri lichidul își pierde transparența. A. Teoria lui Gemant consideră descompunerea unui dielectric lichid ca o emulsie. Conform calculelor efectuate de oamenii de știință, datorită acțiunii unui câmp electric, picăturile de umiditate iau forma unui dipol alungit. În cazul unei intensități mari a câmpului, acestea se combină, ceea ce contribuie la descărcarea în canalul format.
La efectuarea a numeroase experimente, s-a constatat că, dacă există un gaz în lichid, atunci cu o creștere bruscă a tensiunii, vor apărea bule înainte de defalcare. În același timp, tensiunea de rupere a unor astfel de lichide scade odată cu scăderea presiunii sau cu creșterea temperaturii.
Concluzie
Materialele dielectrice moderne se îmbunătățesc pe măsură ce industria electrică se dezvoltă. În prezent, tehnologia de creare a diferitelor tipuri de dielectrici a fost atât de modernizată încât este posibil să se creeze dielectrice ieftine cu performanțe ridicate.
PrintreCele mai solicitate materiale cu caracteristicile corespunzătoare prezintă un interes deosebit pentru sticlă și emailurile din sticlă. Instalare, alcalin, lampă, condensator, alte tipuri de acest material sunt substanțe cu o structură amorfă. Când se adaugă oxizi de calciu și aluminiu în amestec, este posibil să se îmbunătățească proprietățile dielectrice ale materialului și să se reducă probabilitatea de defalcare.
Smalțurile de sticlă sunt materiale în care pe suprafața metalului se depune un strat subțire de sticlă. Această tehnologie oferă protecție fiabilă împotriva coroziunii.
Toate materialele cu caracteristici de izolare electrică sunt utilizate pe scară largă în tehnologia modernă. Dacă defecțiunea dielectrică este prevenită la timp, este foarte posibil să preveniți deteriorarea echipamentelor scumpe.
