Prije razmatranja mehanizama razgradnje dielektrika, pokušajmo saznati značajke ovih materijala. Električni izolacijski materijali su tvari koje vam omogućuju izolaciju dijelova električne opreme ili elemenata kruga koji imaju različite električne potencijale.
Karakteristike materijala
U usporedbi s vodljivim materijalima, izolatori imaju znatno veći električni otpor. Tipično svojstvo ovih materijala je stvaranje snažnih električnih polja, kao i akumulacija energije. Ovo svojstvo se široko koristi u kondenzatorima.
Klasifikacija
Prema agregacijskom stanju, svi električni izolacijski materijali se dijele na tekuće, plinovite i krute. Najveća je posljednja skupina dielektrika. To uključuje plastiku, keramiku, visokopolimerne materijale.
Ovisno o kemijskom sastavu, električni izolacijski materijali se dijele na anorganske i organske.
Ugljik djeluje kao glavni kemijski element u organskim izolatorima. Podnose maksimalne temperatureanorganski materijali: keramika, liskun.
Ovisno o načinu dobivanja dielektrika, uobičajeno ih je dijeliti na sintetičke i prirodne (prirodne). Svaka vrsta ima određene značajke. Trenutno su sintetičke tvari velika skupina.
Čvrsti dielektrični materijali dalje se dijele u zasebne potkategorije prema strukturi, sastavu, tehnološkim karakteristikama materijala. Na primjer, postoje voštani, keramički, mineralni, filmski izolatori.
Sve ove materijale karakterizira električna vodljivost. Tijekom vremena takve tvari pokazuju promjenu trenutne vrijednosti zbog smanjenja apsorpcijske struje. Od određenog trenutka u električnom izolacijskom materijalu postoji samo struja vodljivosti, o čijoj vrijednosti ovise svojstva ovog materijala.
Procesne značajke
Ako je jakost električnog polja veća od granice električne čvrstoće, dolazi do dielektričnog sloma. Ovo je proces njegovog uništenja. To dovodi do gubitka na mjestu kvara takvim materijalom njegovih početnih električnih izolacijskih karakteristika.
Napon proboja je vrijednost pri kojoj dolazi do proboja dielektrika.
Dielektričnu čvrstoću karakterizira vrijednost jakosti polja.
Raspad čvrstih dielektrika je električni ili toplinski proces. Temelji se na pojavama koje dovode do lavinskog povećanja vrijednosti čvrstih izolacijskih materijalaelektrična struja.
Raspad čvrstih dielektrika ima karakteristične značajke:
- odsutnost ili slaba ovisnost o temperaturi i naponu vrijednosti vodljivosti;
- električna čvrstoća materijala u jednoličnom polju, bez obzira na debljinu upotrijebljenog dielektričnog materijala;
- uske granice mehaničke čvrstoće;
- prvo, struja raste eksponencijalno, a kvarovi čvrstih dielektrika popraćeni su naglim porastom struje;
- u nehomogenom polju, ovaj se proces odvija na mjestu s maksimalnom jačinom polja.
Termički slom
Pojavljuje se kada postoje veliki dielektrični gubici, kada se materijal zagrijava drugim izvorima topline, kada se toplinska energija slabo uklanja. Takav slom dielektrika popraćen je povećanjem električne struje kao rezultatom oštrog smanjenja otpora u području gdje je poremećena vodljivost topline. Sličan se proces promatra sve dok na oslabljenom mjestu ne dođe do potpunog toplinskog razaranja dielektrika. Na primjer, izvorni čvrsti električni izolacijski materijal će se otopiti.
Znakovi
Dielektrični slom ima karakteristične značajke:
- nastaje na mjestu nekvalitetnog odvođenja topline u okoliš;
- probojni napon opada s povećanjem temperature okoline;
- električna čvrstoća obrnuto je proporcionalna debljini dielektrikasloj.
Opće karakteristike
Okarakterizirajmo glavne vrste propadanja dielektrika. Bit procesa je u gubitku elektroizolacijskog materijala svojih karakteristika kada se prekorači kritična vrijednost jakosti električnog polja. Postoji nekoliko vrsta ovog procesa:
- električni slom dielektrika;
- termički proces;
- elektrokemijsko starenje.
Električna varijanta nastaje kao rezultat udarne ionizacije negativnih elektrona, koji se pojavljuju u snažnom električnom polju. Ovaj proces je popraćen naglim povećanjem gustoće struje.
Razlog toplinskog procesa u izolatoru je povećanje količine topline koju sustav stvara zbog učinaka električne vodljivosti ili kao rezultat dielektričnih gubitaka. Rezultat takvog sloma je toplinsko uništavanje električnog izolacijskog materijala.
Kada se promijeni napon proboja dielektrika, dolazi do transformacija u strukturi električnog izolacijskog materijala, a mijenja se i kemijski sastav dielektrika. Kao rezultat toga, uočava se nepovratno smanjenje otpora izolacije. U tom slučaju dolazi do električnog starenja dielektrika.
U plinovitom mediju
Kako dolazi do raspada plinovitih dielektrika? Zbog kozmičkog i radioaktivnog zračenja u zračnim prazninama postoji mali broj nabijenih čestica. Dolazi do ubrzanja negativnih elektrona u polju, uslijed čega oni dobivaju dodatnu energiju čija vrijednost izravno ovisi o jakosti polja isrednja duljina puta čestice prije sudara. Pri značajnoj vrijednosti intenziteta uočava se povećanje protoka elektrona, što uzrokuje slom praznine. Na ovaj proces utječe nekoliko čimbenika. Najvažnija od njih je opcija na terenu. Postoji izravna veza između električne snage plina i tlaka i temperature.
tekući medij
Raspad tekućih dielektrika povezan je s čistoćom električnog izolacijskog materijala. Postoje tri stupnja:
- sadržaj čvrstih mehaničkih nečistoća i emulzijske vode u dielektriku;
- tehnički čist;
- temeljito očišćeno i otplinjeno.
U pažljivo očišćenim tekućim dielektricima postoji samo električna verzija kvara. Zbog značajne razlike u gustoćama tekućine i plina, duljina puta elektrona se smanjuje, što dovodi do povećanja probojnog napona.
U modernoj elektroenergetici koriste se tehnički čiste vrste tekućih dielektrika, u kojima je dopuštena samo neznatna prisutnost nečistoća.
Mora se uzeti u obzir da čak i minimalna količina emulzije vode u tekućem električnom izolacijskom materijalu uzrokuje snažno smanjenje električne čvrstoće.
Dakle, dielektrična čvrstoća i raspad dielektrika su povezane veličine. Razmotrimo mehanizam razgradnje u tekućem mediju. Kapljice emulzijske vode polariziraju se u električnom polju, a zatim padaju u prostor između polarnih elektroda. Ovdje se deformiraju, spajaju i stvaraju se mostovi,s malim električnim otporom. Na njima se događa test. Pojava mostova uzrokuje značajno smanjenje čvrstoće ulja.
Značajke električnih izolacijskih materijala
Razmatrani tipovi raspada čvrstih dielektrika našli su svoju primjenu u modernoj elektrotehnici.
Među tekućim i polutekućim dielektričnim materijalima koji se trenutno koriste u tehnologiji, transformatorska i kondenzatorska ulja, kao i sintetičke tekućine: sovtol, sovol.
Mineralna ulja dobivaju se frakcijskom destilacijom sirove nafte. Između njihovih pojedinačnih tipova postoje razlike u viskoznosti, električnim karakteristikama.
Na primjer, ulja za kabele i kondenzatore su visoko rafinirana, tako da imaju izvrsne dielektrične karakteristike. Nezapaljive sintetičke tekućine su sovtol i sovol. Da bi se dobio prvi, provodi se reakcija kloriranja kristalnog difenila. Ova prozirna viskozna tekućina je otrovna i može iritirati sluznicu, stoga se pri radu s takvim dielektrikom moraju pažljivo pridržavati mjera opreza.
Sovtol je mješavina triklorobenzena i sovola, tako da ovaj električni izolacijski materijal karakterizira niži viskozitet.
Obje sintetičke tekućine koriste se za impregnaciju modernih papirnih kondenzatora instaliranih u industrijskim AC i DC uređajima.
organskivisokopolimerni dielektrični materijali sastoje se od mnogih molekula monomera. Jantar, prirodna guma, ima visoke dielektrične karakteristike.
Voštani materijali kao što su cerezin i parafin imaju različitu točku taljenja. Takvi dielektrici imaju polikristalnu strukturu.
U modernoj elektrotehnici tražena je plastika, koja je kompozitni materijal. Sadrže polimere, smole, bojila, stabilizatore, kao i plastifikacijske komponente. Prema njihovom odnosu prema toplini, dijele se na termoplastične i termoreaktivne materijale.
Za rad u zraku koristi se električni karton koji ima gušću strukturu u odnosu na konvencionalni materijal.
Među slojevitim elektroizolacijskim materijalima s dielektričnim karakteristikama izdvajamo tekstolit, getinaks, stakloplastike. Ovi laminati, koji koriste silikonske ili rezolne smole kao vezivo, izvrsni su dielektrici.
Uzroci fenomena
Postoje različiti razlozi za raspad dielektrika. Stoga još uvijek ne postoji univerzalna teorija koja bi u potpunosti objasnila ovaj fizički proces. Bez obzira na opciju izolacije, u slučaju kvara formira se kanal posebne vodljivosti, čija veličina dovodi do kratkog spoja u ovom električnom uređaju. Koje su posljedice takvog procesa? Velika je vjerojatnost hitnog događaja, zbog čegaelektrični uređaj će biti povučen iz upotrebe.
Ovisno o izolacijskom sustavu, kvar može imati različite manifestacije. Za čvrste dielektrike, kanal zadržava značajnu vodljivost čak i nakon što se struja isključi. Plinoviti i tekući električni izolacijski materijali karakteriziraju visoka pokretljivost nabijenih elektrona. Stoga dolazi do trenutačnog obnavljanja kanala kvara zbog promjene napona.
U tekućinama, kvar je uzrokovan raznim procesima. Prvo, u prostoru između elektroda nastaju optičke nehomogenosti, na tim mjestima tekućina gubi svoju prozirnost. A. Gemantova teorija razmatra slom tekućeg dielektrika kao emulziju. Prema izračunima koje su proveli znanstvenici, zbog djelovanja električnog polja, kapi vlage poprimaju oblik izduženog dipola. U slučaju velike jakosti polja, oni se kombiniraju, što doprinosi pražnjenju u formiranom kanalu.
Provođenjem brojnih eksperimenata ustanovljeno je da ako u tekućini postoji plin, tada će se s naglim porastom napona pojaviti mjehurići prije sloma. U isto vrijeme, probojni napon takvih tekućina opada sa smanjenjem tlaka ili s povećanjem temperature.
Zaključak
Moderni dielektrični materijali se poboljšavaju kako se elektroindustrija razvija. Trenutno je tehnologija za stvaranje različitih vrsta dielektrika toliko modernizirana da je moguće stvoriti jeftine dielektrike s visokim performansama.
MeđuZa staklo i staklene emajle posebno su zanimljivi najtraženiji materijali s odgovarajućim karakteristikama. Instalacija, alkalna, svjetiljka, kondenzator, druge vrste ovog materijala su tvari amorfne strukture. Kada se smjesi dodaju kalcijev i aluminijev oksid, moguće je poboljšati dielektrična svojstva materijala i smanjiti vjerojatnost propadanja.
Stakleni emajli su materijali u kojima se tanak sloj stakla nanosi na metalnu površinu. Ova tehnologija pruža pouzdanu zaštitu od korozije.
Svi materijali s električnim izolacijskim karakteristikama široko se koriste u modernoj tehnologiji. Ako se na vrijeme spriječi kvar dielektrika, sasvim je moguće spriječiti oštećenje skupe opreme.
