Преди да разгледаме механизмите на разпадане на диелектриците, нека се опитаме да разберем характеристиките на тези материали. Електрическите изолационни материали са вещества, които ви позволяват да изолирате части от електрическо оборудване или елементи на веригата, които имат различни електрически потенциали.
Характеристики на материалите
В сравнение с проводящите материали, изолаторите имат значително по-високо електрическо съпротивление. Типично свойство на тези материали е създаването на мощни електрически полета, както и натрупването на енергия. Това свойство се използва широко в кондензатори.
Класификация
Според агрегатното състояние всички електрически изолационни материали са разделени на течни, газообразни, твърди. Най-голямата е последната група диелектрици. Те включват пластмаси, керамика, високополимерни материали.
В зависимост от химическия състав, електрическите изолационни материали се делят на неорганични и органични.
Въглеродът действа като основен химичен елемент в органичните изолатори. Издържат на максимални температуринеорганични материали: керамика, слюда.
В зависимост от начина на получаване на диелектрици е обичайно да се разделят на синтетични и естествени (естествени). Всеки вид има определени характеристики. В момента синтетичните вещества са голяма група.
Твърдите диелектрични материали допълнително се подразделят на отделни подкатегории според структурата, състава, технологичните характеристики на материалите. Например има восъчни, керамични, минерални, филмови изолатори.
Всички тези материали се характеризират с електрическа проводимост. С течение на времето такива вещества показват промяна в стойността на тока поради намаляване на тока на абсорбция. От определен момент в електроизолационния материал има само проводящ ток, от чиято стойност зависят свойствата на този материал.
Процесни функции
Ако силата на електрическото поле е по-голяма от границата на електрическата якост, възниква диелектрично пробив. Това е процесът на неговото унищожаване. Това води до загуба в мястото на повреда от такъв материал на първоначалните му електроизолационни характеристики.
Напрежението на пробив е стойността, при която възниква диелектричен пробив.
Диелектричната якост се характеризира със стойността на силата на полето.
Разграждането на твърди диелектрици е електрически или термичен процес. Тя се основава на явления, които водят до лавинообразно нарастване на твърди изолационни материали на стойностелектрически ток.
Разграждането на твърди диелектрици има характерни черти:
- отсъствие или слаба зависимост от температурата и напрежението на стойността на проводимост;
- електрическа якост на материал в еднакво поле, независимо от дебелината на използвания диелектричен материал;
- тесни граници на механична якост;
- първо, токът нараства експоненциално и разпадането на твърди диелектрици се придружава от рязко увеличаване на тока;
- в нехомогенно поле този процес се случва на място с максимална сила на полето.
Термична разбивка
Появява се, когато има големи диелектрични загуби, когато материалът се нагрява от други източници на топлина, когато топлинната енергия е слабо отстранена. Такова разрушаване на диелектрика е придружено от увеличаване на електрическия ток в резултат на рязко намаляване на съпротивлението в областта, където топлопроводимостта е нарушена. Подобен процес се наблюдава, докато настъпи пълното термично разрушаване на диелектрика на отслабеното място. Например, оригиналният твърд електроизолационен материал ще се стопи.
Знаци
Диелектричният разбив има характерни характеристики:
- възниква на място с некачествено отвеждане на топлината в околната среда;
- напрежението на пробив намалява с повишаване на температурата на околната среда;
- електрическата якост е обратно пропорционална на дебелината на диелектрикаслой.
Общи характеристики
Нека характеризираме основните видове разпадане на диелектриците. Същността на процеса се крие в загубата на характеристиките на електроизолационния материал при превишаване на критичната стойност на силата на електрическото поле. Има няколко вида на този процес:
- електрическо разпадане на диелектрика;
- термичен процес;
- електрохимично стареене.
Електрически вариант възниква в резултат на ударна йонизация от отрицателни електрони, появяващи се в мощно електрическо поле. Този процес е придружен от рязко увеличаване на плътността на тока.
Причината за топлинния процес в изолатора е увеличаване на количеството топлина, генерирана от системата поради ефектите на електрическата проводимост или в резултат на диелектрични загуби. Резултатът от такава повреда е термичното разрушаване на електрическия изолационен материал.
Когато напрежението на пробив на диелектриците се промени, настъпват трансформации в структурата на електрическия изолационен материал, както и химическият състав на диелектрика. В резултат на това се наблюдава необратимо намаляване на съпротивлението на изолацията. В този случай възниква електрическо стареене на диелектрика.
В газообразна среда
Как се случва разпадането на газообразните диелектрици? Поради космическото и радиоактивното излъчване във въздушните междини има малък брой заредени частици. Има ускорение на отрицателните електрони в полето, в резултат на което те придобиват допълнителна енергия, чиято стойност директно зависи от силата на полето исредна дължина на пътя на частицата преди сблъсъка. При значителна стойност на интензитета се наблюдава увеличаване на потока на електрони, което причинява пробив на пролуката. Този процес се влияе от няколко фактора. Най-важният от тях е полевият вариант. Има пряка връзка между електрическата якост на газа и налягането и температурата.
Течна среда
Разрушаването на течните диелектрици е свързано с чистотата на електрическия изолационен материал. Има три степени:
- съдържание на твърди механични примеси и емулсионна вода в диелектрика;
- технически чист;
- щателно почистен и дегазиран.
В внимателно почистените течни диелектрици има само електрическа версия на повреда. Поради значителната разлика в плътностите на течността и газа, дължината на пътя на електроните намалява, което води до увеличаване на напрежението на пробив.
В съвременната електроенергийна индустрия се използват технически чисти видове течни диелектрици, разрешено е само леко присъствие на примеси в тях.
Трябва да се има предвид, че дори минималното количество емулсионна вода в течния електроизолационен материал причинява силно намаляване на електрическата якост.
По този начин диелектричната якост и разрушаването на диелектриците са свързани величини. Нека разгледаме механизма на разпадане в течна среда. Капки емулсионна вода се поляризират в електрическо поле, след което попадат в пространството между полярните електроди. Тук те се деформират, сливат и се образуват мостове,с малко електрическо съпротивление. Именно върху тях се случва тестът. Появата на мостове води до значително намаляване на силата на маслото.
Характеристики на електроизолационните материали
Разглежданите видове разрушаване на твърди диелектрици са намерили своето приложение в съвременната електротехника.
Сред течните и полутечните диелектрични материали, използвани в момента в технологиите, трансформаторни и кондензаторни масла, както и синтетични течности: sovtol, sovol.
Минералните масла се получават от фракционната дестилация на суров нефт. Между отделните им видове има разлики във вискозитета, електрическите характеристики.
Например, кабелните и кондензаторните масла са силно рафинирани, така че имат отлични диелектрични характеристики. Незапалими синтетични течности са совтол и совол. За получаване на първия се провежда реакция на хлориране на кристален дифенил. Тази прозрачна вискозна течност е токсична и може да раздразни лигавицата, поради което при работа с такъв диелектрик трябва внимателно да се спазват предпазните мерки.
Sovtol е смес от трихлорбензен и совол, така че този електроизолационен материал се характеризира с по-нисък вискозитет.
И двете синтетични течности се използват за импрегниране на съвременни хартиени кондензатори, инсталирани в промишлени AC и DC устройства.
Органичновисокополимерните диелектрични материали са съставени от много мономерни молекули. Кехлибар, естествен каучук, има високи диелектрични характеристики.
Восъчни материали като церезин и парафин имат различна точка на топене. Такива диелектрици имат поликристална структура.
В съвременната електротехника пластмасите, които са композитни материали, са търсени. Те съдържат полимери, смоли, багрила, стабилизиращи агенти, както и пластифициращи компоненти. Според връзката им с топлината, те се класифицират на термопластични и термореактивни материали.
За работа във въздуха се използва електрически картон, който има по-плътна структура в сравнение с конвенционалния материал.
Сред многопластовите електроизолационни материали с диелектрични характеристики открояваме текстолит, гетинакс, фибростъкло. Тези ламинати, които използват силиконови или резолини смоли като свързващо вещество, са отлични диелектрици.
Причини за феномена
Има различни причини за разпадането на диелектриците. Следователно все още няма универсална теория, която да обясни напълно този физически процес. Независимо от опцията за изолация, в случай на повреда се образува канал със специална проводимост, чийто размер води до късо съединение в това електрическо устройство. Какви са последствията от подобен процес? Има голяма вероятност от извънредна ситуация, в резултат на коетоелектрическото устройство ще бъде извадено от експлоатация.
В зависимост от изолационната система, повредата може да има различни прояви. За твърди диелектрици каналът запазва значителна проводимост дори след изключване на тока. Газообразните и течните електрически изолационни материали се характеризират с висока подвижност на заредените електрони. Следователно има мигновено възстановяване на канала за повреда поради промяна в напрежението.
При течности разграждането се причинява от различни процеси. Първо, в пространството между електродите се образуват оптични нехомогенности, на тези места течността губи своята прозрачност. Теорията на А. Гемант разглежда разпадането на течен диелектрик като емулсия. Според изчисленията, извършени от учени, поради действието на електрическо поле, капките влага приемат формата на удължен дипол. При голяма сила на полето те се комбинират, което допринася за разряда в образувания канал.
При провеждане на множество експерименти беше установено, че ако в течността има газ, тогава при рязко повишаване на напрежението ще се появят мехурчета преди разпадането. В същото време напрежението на пробив на такива течности намалява с намаляване на налягането или с повишаване на температурата.
Заключение
Съвременните диелектрични материали се подобряват с развитието на електрическата индустрия. В момента технологията за създаване на различни видове диелектрици е толкова модернизирана, че е възможно да се създават евтини диелектрици с висока производителност.
МеждуНай-търсените материали със съответните характеристики представляват особен интерес за стъклото и стъклените емайли. Инсталационни, алкални, лампи, кондензатор, други видове от този материал са вещества с аморфна структура. Когато към сместа се добавят калциеви и алуминиеви оксиди, е възможно да се подобрят диелектричните свойства на материала и да се намали вероятността от разпадане.
Стъклените емайли са материали, при които върху металната повърхност се отлага тънък слой стъкло. Тази технология осигурява надеждна защита срещу корозия.
Всички материали с електроизолационни характеристики са широко използвани в съвременните технологии. Ако диелектричният пробив бъде предотвратен навреме, е напълно възможно да се предотврати повреда на скъпо оборудване.
