Prije razmatranja mehanizama propadanja dielektrika, pokušajmo saznati karakteristike ovih materijala. Električni izolacijski materijali su tvari koje vam omogućavaju izolaciju dijelova električne opreme ili elemenata kola koji imaju različite električne potencijale.
Karakteristike materijala
U poređenju sa provodljivim 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 stanju agregacije, svi električni izolacioni materijali se dele na tečne, gasovite i čvrste. Najveća je posljednja grupa dielektrika. To uključuje plastiku, keramiku, visokopolimerne materijale.
U zavisnosti od hemijskog sastava, električni izolacioni materijali se dele na neorganske i organske.
Ugljik djeluje kao glavni kemijski element u organskim izolatorima. Podnose maksimalne temperatureneorganski materijali: keramika, liskun.
U zavisnosti od načina dobijanja dielektrika, uobičajeno je da se dele na sintetičke i prirodne (prirodne). Svaka vrsta ima određene karakteristike. Trenutno su sintetičke supstance velika grupa.
Čvrsti dielektrični materijali se dalje dijele u posebne podkategorije prema strukturi, sastavu, tehnološkim karakteristikama materijala. Na primjer, postoje voštani, keramički, mineralni, filmski izolatori.
Sve ove materijale karakteriše električna provodljivost. Tokom vremena, takve tvari pokazuju promjenu u vrijednosti struje zbog smanjenja struje apsorpcije. Od određenog trenutka u električnom izolacionom materijalu postoji samo struja provodljivosti, o čijoj vrednosti zavise svojstva ovog materijala.
Funkcije procesa
Ako je jačina 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 karakteriše vrijednost jačine polja.
Raspad čvrstih dielektrika je električni ili termički proces. Zasnovan je na pojavama koje dovode do lavinskog povećanja vrijednosti čvrstih izolacijskih materijalaelektrična struja.
Raspad čvrstih dielektrika ima karakteristične karakteristike:
- odsustvo ili slaba zavisnost od temperature i napona vrijednosti provodljivosti;
- 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 su praćeni naglim povećanjem struje;
- u nehomogenom polju, ovaj proces se dešava na mestu sa maksimalnom jačinom polja.
Termički kvar
Pojavljuje se kada postoje veliki dielektrični gubici, kada se materijal zagreva drugim izvorima toplote, kada se toplotna energija slabo uklanja. Takav slom dielektrika praćen je povećanjem električne struje kao rezultat naglog smanjenja otpora u području gdje je poremećena provodljivost topline. Sličan proces se promatra sve dok na oslabljenom mjestu ne dođe do potpunog termičkog uništenja dielektrika. Na primjer, originalni čvrsti električni izolacijski materijal će se istopiti.
Znakovi
Dielektrični kvar ima karakteristične karakteristike:
- nastaje na mestu nekvalitetnog odvođenja toplote u okolinu;
- probojni napon opada sa povećanjem temperature okoline;
- električna čvrstoća je obrnuto proporcionalna debljini dielektrikasloj.
Opšte karakteristike
Hajde da okarakterišemo glavne vrste propadanja dielektrika. Suština procesa je u gubitku elektroizolacionog materijala svojih karakteristika kada se prekorači kritična vrijednost jakosti električnog polja. Postoji nekoliko vrsta ovog procesa:
- električni kvar dielektrika;
- termički proces;
- elektrohemijsko starenje.
Električna varijanta nastaje kao rezultat udarne jonizacije negativnih elektrona, koji se pojavljuju u snažnom električnom polju. Ovaj proces je praćen naglim povećanjem gustine struje.
Razlog toplotnog procesa u izolatoru je povećanje količine toplote koju sistem generiše usled efekata električne provodljivosti ili kao rezultat dielektričnih gubitaka. Rezultat takvog kvara je termičko uništavanje električnog izolacionog materijala.
Kada se promijeni napon proboja dielektrika, dolazi do transformacija u strukturi električnog izolacijskog materijala, a mijenja se i hemijski sastav dielektrika. Kao rezultat toga, uočava se nepovratno smanjenje otpora izolacije. U ovom slučaju dolazi do električnog starenja dielektrika.
U gasovitom mediju
Kako dolazi do raspada gasovitih dielektrika? Zbog kosmičkog i radioaktivnog zračenja, u vazdušnim prazninama postoji mali broj naelektrisanih čestica. Dolazi do ubrzanja negativnih elektrona u polju, usled čega oni dobijaju dodatnu energiju, čija vrednost direktno zavisi od jačine polja isrednja dužina puta čestice prije sudara. Pri značajnoj vrijednosti intenziteta uočava se povećanje protoka elektrona, što uzrokuje proboj jaza. Na ovaj proces utiče nekoliko faktora. Najvažnija od njih je opcija na terenu. Postoji direktna veza između električne snage gasa i pritiska i temperature.
Tečni medij
Raspad tekućih dielektrika povezan je sa čistoćom električnog izolacionog materijala. Postoje tri stepena:
- sadržaj čvrstih mehaničkih nečistoća i emulzione vode u dielektriku;
- tehnički čist;
- temeljno očišćeno i degazirano.
U pažljivo očišćenim tekućim dielektricima postoji samo električna verzija kvara. Zbog značajne razlike u gustinama tečnosti i gasa, dužina putanje elektrona se smanjuje, što dovodi do povećanja probojnog napona.
U savremenoj elektroprivredi koriste se tehnički čiste vrste tečnih dielektrika, dozvoljeno je samo neznatno prisustvo nečistoća u njima.
Mora se uzeti u obzir da čak i minimalna količina emulzije vode u tekućem električnom izolacionom materijalu uzrokuje snažno smanjenje električne snage.
Dakle, dielektrična čvrstoća i raspad dielektrika su povezane veličine. Razmotrimo mehanizam raspadanja u tečnom mediju. Kapljice emulzije vode polariziraju se u električnom polju, a zatim padaju u prostor između polarnih elektroda. Ovdje se deformiraju, spajaju i formiraju se mostovi,sa malim električnim otporom. Na njima se vrši test. Pojava mostova uzrokuje značajno smanjenje čvrstoće ulja.
Karakteristike električnih izolacijskih materijala
Razmatrani tipovi raspada čvrstih dielektrika našli su svoju primenu u modernoj elektrotehnici.
Među tekućim i polutečnim dielektričnim materijalima koji se trenutno koriste u tehnologiji, transformatorska i kondenzatorska ulja, kao i sintetičke tekućine: sovtol, sovol.
Mineralna ulja se dobijaju frakcionom destilacijom sirove nafte. Između njihovih pojedinačnih tipova postoje razlike u viskozitetu, električnim karakteristikama.
Na primjer, ulja za kablove i kondenzatore su visoko rafinirana, tako da imaju odlične dielektrične karakteristike. Nezapaljive sintetičke tečnosti su sovtol i sovol. Da bi se dobio prvi, provodi se reakcija hloriranja kristalnog difenila. Ova prozirna viskozna tekućina je toksična i može iritirati sluznicu, stoga se pri radu s takvim dielektrikom moraju pažljivo pridržavati mjera opreza.
Sovtol je mješavina trihlorobenzena i sovola, tako da ovaj električni izolacijski materijal karakteriše niži viskozitet.
Obje sintetičke tekućine se koriste za impregniranje modernih papirnih kondenzatora instaliranih u industrijskim AC i DC uređajima.
Organicvisokopolimerni dielektrični materijali se sastoje od mnogih monomernih molekula. Amber, prirodna guma, ima visoke dielektrične karakteristike.
Voštani materijali kao što su cerezin i parafin imaju različitu tačku topljenja. Takvi dielektrici imaju polikristalnu strukturu.
U savremenoj elektrotehnici tražena je plastika, koja je kompozitni materijal. Sadrže polimere, smole, boje, stabilizatore, kao i komponente za plastifikaciju. Prema njihovom odnosu prema toplini, dijele se na termoplastične i termoreaktivne materijale.
Za rad u vazduhu koristi se električni karton koji ima gušću strukturu u odnosu na konvencionalni materijal.
Među slojevitim elektroizolacionim materijalima sa dielektričnim karakteristikama izdvajamo tekstolit, getinaks, fiberglas. Ovi laminati, koji koriste silikonske ili rezol smole kao vezivo, odlični su dielektrici.
Uzroci fenomena
Postoje različiti razlozi za kvar 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 vjerovatnoća hitnog događaja, zbog čegaelektrični uređaj će biti stavljen van upotrebe.
U zavisnosti od izolacionog sistema, kvar može imati različite manifestacije. Za čvrste dielektrike, kanal zadržava značajnu provodljivost čak i nakon što se struja isključi. Plinoviti i tekući električni izolacijski materijali se odlikuju velikom mobilnošću nabijenih elektrona. Stoga dolazi do trenutnog obnavljanja kanala kvara zbog promjene napona.
U tečnostima, kvar je uzrokovan raznim procesima. Prvo, u prostoru između elektroda nastaju optičke nehomogenosti, na tim mjestima tekućina gubi svoju prozirnost. A. Gemantova teorija razmatra raspad tečnog dielektrika kao emulziju. Prema proračunima koje su izvršili naučnici, zbog djelovanja električnog polja, kapi vlage poprimaju oblik izduženog dipola. U slučaju velike jačine polja oni se kombinuju, što doprinosi pražnjenju u formiranom kanalu.
Provođenjem brojnih eksperimenata ustanovljeno je da ako u tekućini postoji plin, onda će se s naglim porastom napona pojaviti mjehurići prije sloma. Istovremeno, probojni napon takvih tečnosti opada sa smanjenjem pritiska ili sa 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 sa visokim performansama.
AmongZa staklo i staklene emajle posebno su zanimljivi najtraženiji materijali sa odgovarajućim karakteristikama. Instalacija, alkalna, lampa, kondenzator, druge vrste ovog materijala su tvari amorfne strukture. Kada se mešavini dodaju kalcijum i aluminijum oksidi, moguće je poboljšati dielektrična svojstva materijala i smanjiti verovatnoću raspada.
Stakleni emajli su materijali u kojima se na metalnu površinu nanosi tanak sloj stakla. Ova tehnologija pruža pouzdanu zaštitu od korozije.
Svi materijali sa električnim izolacionim karakteristikama se široko koriste u modernoj tehnologiji. Ako se kvar dielektrika na vrijeme spriječi, sasvim je moguće spriječiti oštećenje skupe opreme.
