Dielektriskā izturība

Dielektriskā izturība nosaka dielektriķa spēju izturēt tam pievadīto elektrisko spriegumu. Tātad ar dielektriķa elektrisko stiprumu saprot elektriskā lauka intensitātes Epr vidējo vērtību, pie kuras dielektrikā notiek elektriskais pārrāvums.

Dielektriķa elektriskais pārrāvums ir parādība, kas saistīta ar krasu konkrēta materiāla elektriskās vadītspējas palielināšanos tam pieliktā sprieguma ietekmē, kam seko vadoša plazmas kanāla veidošanās.

Elektrisko bojājumu šķidrumos vai gāzēs sauc arī par elektrisko izlādi. Faktiski šāda izlāde veidojas kondensatora izlādes strāvako veido elektrodi, kuriem tiek pielikts pārrāvuma spriegums.

Šajā kontekstā sabrukšanas spriegums Upr ir spriegums, pie kura sākas elektriskais pārrāvums, un tāpēc dielektrisko izturību var atrast, izmantojot šādu formulu (kur h ir sadalāmā parauga biezums):

Epr = UNC/h

Acīmredzot, pārrāvuma spriegums jebkurā konkrētā gadījumā ir saistīts ar attiecīgā dielektriķa dielektrisko izturību un ir atkarīgs no spraugas biezuma starp elektrodiem.Attiecīgi, palielinoties spraugai starp elektrodiem, palielinās arī pārrāvuma sprieguma vērtība. Šķidrajos un gāzveida dielektriķos izlādes attīstība sadalīšanās laikā notiek dažādos veidos.

Gāzveida dielektriķu dielektriskā izturība

Jonizācija - process, kurā neitrāls atoms tiek pārveidots par pozitīvu vai negatīvu jonu.

Lielas spraugas sadalīšanas procesā gāzes dielektrikā viens pēc otra seko vairāki posmi:

1. Gāzes spraugā parādās brīvs elektrons gāzes molekulas fotojonizācijas rezultātā, tieši no metāla elektroda vai nejauši.

2. Brīvo elektronu, kas parādās spraugā, paātrina elektriskais lauks, elektrona enerģija palielinās un galu galā kļūst pietiekama, lai sadursmē ar to jonizētu neitrālu atomu. Tas ir, notiek trieciena jonizācija.

3. Daudzu triecienjonizācijas darbību rezultātā veidojas un attīstās elektronu lavīna.

4. Veidojas straumētājs — plazmas kanāls, ko veido pozitīvie joni, kas palikuši pēc elektronu lavīnas pārgājiena, un negatīvie, kas tagad tiek ievilkti pozitīvi lādētajā plazmā.

5. Kapacitatīvā strāva caur straumētāju izraisa termisko jonizāciju un straume kļūst vadoša.

6. Kad izlādes spraugu aizver izplūdes kanāls, notiek galvenā izlāde.

Ja izlādes sprauga ir pietiekami maza, tad sabrukšanas process var beigties jau lavīnas sabrukšanas stadijā vai straumes veidošanās stadijā - dzirksteles stadijā.

Gāzu elektrisko stiprumu nosaka:

• Attālums starp elektrodiem;

• Spiediens urbjamajā gāzē;

• Gāzes molekulu afinitāte pret elektronu, gāzes elektronegativitāte.

Spiediena attiecības ir izskaidrotas šādi. Palielinoties spiedienam gāzē, attālumi starp tās molekulām samazinās. Paātrinājuma laikā elektronam jāiegūst tāda pati enerģija ar daudz īsāku brīvo ceļu, kas ir pietiekami, lai jonizētu atomu.

Šo enerģiju nosaka elektrona ātrums sadursmes laikā, un ātrums attīstās paātrinājuma dēļ no spēka, kas iedarbojas uz elektronu no elektriskā lauka, tas ir, pateicoties tā stiprumam.

Pašena līkne parāda gāzē pārrāvuma sprieguma Upr atkarību no attāluma starp elektrodiem un spiediena reizinājuma — p * h. Piemēram, gaisam pie p * h = 0,7 Pascal * metrs, pārrāvuma spriegums ir aptuveni 330 volti. Pārrāvuma sprieguma pieaugums pa kreisi no šīs vērtības ir saistīts ar faktu, ka samazinās varbūtība, ka elektrons saduras ar gāzes molekulu.

Elektronu afinitāte ir dažu neitrālu molekulu un gāzes atomu spēja piesaistīt sev papildu elektronus un kļūt par negatīviem joniem. Gāzēs ar augstu elektronu afinitātes atomiem, elektronnegatīvās gāzēs elektroniem nepieciešama liela paātrinājuma enerģija, lai izveidotu lavīnu.

Ir zināms, ka normālos apstākļos, tas ir, normālā temperatūrā un spiedienā, gaisa dielektriskā izturība 1 cm spraugā ir aptuveni 3000 V / mm, bet pie spiediena 0,3 MPa (3 reizes vairāk nekā parasti) tā paša gaisa dielektriskā izturība kļūst tuvu 10 000 V / mm. SF6 gāzei, elektronegatīvai gāzei, dielektriskā izturība normālos apstākļos ir aptuveni 8700 V/mm. Un pie spiediena 0,3 MPa tas sasniedz 20 000 V / mm.

Šķidru dielektriķu dielektriskā izturība

Kas attiecas uz šķidrajiem dielektriķiem, to dielektriskā izturība nav tieši saistīta ar to ķīmisko struktūru. Un galvenais, kas ietekmē sabrukšanas mehānismu šķidrumā, ir tā molekulu ļoti tuvs izvietojums, salīdzinot ar gāzi. Šķidrā dielektrikā nav iespējama triecienjonizācija, kas raksturīga gāzēm.

Trieciena jonizācijas enerģija ir aptuveni 5 eV, un, ja mēs izsakām šo enerģiju kā elektriskā lauka intensitātes, elektronu lādiņa un vidējā brīvā ceļa reizinājumu, kas ir aptuveni 500 nanometri, un pēc tam aprēķinām no tā dielektrisko spēku, mēs iegūt 10 000 000 V/mm, un šķidruma reālā elektriskā izturība svārstās no 20 000 līdz 40 000 V/mm.

Šķidrumu dielektriskā izturība faktiski ir atkarīga no gāzes daudzuma šajos šķidrumos. Arī dielektriskā izturība ir atkarīga no to elektrodu virsmu stāvokļa, kurām tiek pielikts spriegums. Sadalīšanās šķidrumā sākas ar mazu gāzes burbuļu sadalīšanos.

Gāzei ir daudz zemāka dielektriskā konstante, tāpēc spriegums burbulī izrādās augstāks nekā apkārtējā šķidrumā. Šajā gadījumā gāzes dielektriskā izturība ir mazāka. Burbuļu izdalījumi izraisa burbuļu augšanu un galu galā šķidruma sadalīšanās notiek daļējas izplūdes rezultātā burbuļos.

Piemaisījumiem ir svarīga loma šķidro dielektriķu sadalīšanās attīstības mehānismā. Apsveriet, piemēram, transformatora eļļu. Kvēpi un ūdens kā vadoši piemaisījumi samazina dielektrisko izturību transformatora eļļa.

Lai gan ūdens parasti nesajaucas ar eļļu, tā mazākie pilieni eļļā elektriskā lauka iedarbībā polarizējas, veido ķēdes ar paaugstinātu elektrovadītspēju, salīdzinot ar apkārtējo eļļu, un rezultātā visā ķēdē notiek eļļas sadalīšanās.

Lai noteiktu šķidrumu dielektrisko stiprību laboratorijas apstākļos, tiek izmantoti puslodes elektrodi, kuru rādiuss ir vairākas reizes lielāks par attālumu starp tiem. Atstarpē starp elektrodiem tiek izveidots vienmērīgs elektriskais lauks. Tipisks attālums ir 2,5 mm.

Transformatora eļļai pārrāvuma spriegumam nevajadzētu būt mazākam par 50 000 voltiem, un tā labākie paraugi atšķiras ar sadalījuma sprieguma vērtību 80 000 voltu. Tajā pašā laikā atcerieties, ka trieciena jonizācijas teorijā šim spriegumam bija jābūt 2 000 000–3 000 000 voltu.

Tātad, lai palielinātu šķidrā dielektriķa dielektrisko izturību, ir nepieciešams:

• Notīriet šķidrumu no cietām vadošām daļiņām, piemēram, oglēm, sodrējiem utt.;

• Noņemiet ūdeni no dielektriskā šķidruma;

• Dezinficējiet šķidrumu (evakuējiet);

• Palieliniet šķidruma spiedienu.

Cieto dielektriķu dielektriskā izturība

Cieto dielektriķu dielektriskā izturība ir saistīta ar laiku, kurā tiek pielikts pārrāvuma spriegums. Un atkarībā no laika, kad dielektriķim tiek pielikts spriegums, un no tajā laikā notiekošajiem fiziskajiem procesiem, tie izšķir:

• Elektrības kļūme, kas rodas dažu sekunžu laikā pēc sprieguma pieslēgšanas;

• Termisks sabrukums, kas notiek dažu sekunžu vai pat stundu laikā;

• Bojājums daļējas izplūdes dēļ, iedarbības laiks var būt ilgāks par gadu.

Cietā dielektriķa sadalīšanās mehānisms sastāv no ķīmisko saišu iznīcināšanas vielā pielietota sprieguma ietekmē, vielai pārvēršoties plazmā. Tas ir, mēs varam runāt par proporcionalitāti starp cieta dielektriķa elektrisko izturību un tā ķīmisko saišu enerģiju.

Cietie dielektriķi bieži pārsniedz šķidrumu un gāzu dielektrisko izturību, piemēram, izolācijas stikla elektriskā izturība ir aptuveni 70 000 V/mm, polivinilhlorīda — 40 000 V/mm, bet polietilēna — 30 000 V/mm.

Termiskā sadalījuma cēlonis ir dielektriķa sildīšana, ko izraisa dielektriskie zudumikad jaudas zuduma enerģija pārsniedz dielektriķa noņemto enerģiju.

Paaugstinoties temperatūrai, palielinās nesēju skaits, palielinās vadītspēja, palielinās zudumu leņķis, un tāpēc temperatūra vēl vairāk palielinās un dielektriskā izturība samazinās. Rezultātā dielektriķa sildīšanas dēļ radošā atteice notiek pie zemāka sprieguma nekā bez apkures, tas ir, ja kļūme bija tikai elektriska.