Dielektrična trdnost

Dielektrična trdnost določa sposobnost dielektrika, da prenese električno napetost, ki je nanj priključena. Torej, električno trdnost dielektrika razumemo kot povprečno vrednost električne poljske jakosti Epr, pri kateri pride do električnega preboja v dielektriku.

Električni preboj dielektrika je pojav močnega povečanja električne prevodnosti določenega materiala pod vplivom napetosti, ki se nanj nanaša, s kasnejšim nastankom prevodnega plazemskega kanala.

Električni preboj v tekočinah ali plinih imenujemo tudi električna razelektritev. Pravzaprav se oblikuje takšen izpust tok praznjenja kondenzatorjaki ga tvorijo elektrode, na katere deluje prebojna napetost.

V tem kontekstu je prebojna napetost Upr napetost, pri kateri se začne električni preboj, zato je dielektrično trdnost mogoče najti z naslednjo formulo (kjer je h debelina vzorca, ki ga je treba razgraditi):

Epr = UNC/h

Očitno je, da je prebojna napetost v vsakem posameznem primeru povezana z dielektrično trdnostjo obravnavanega dielektrika in je odvisna od debeline reže med elektrodama.Skladno s tem, ko se razmik med elektrodama poveča, se poveča tudi vrednost prebojne napetosti. V tekočih in plinastih dielektrikih se razvoj razelektritve med razpadom pojavi na različne načine.

Dielektrična trdnost plinastih dielektrikov

Ionizacija - proces pretvorbe nevtralnega atoma v pozitivni ali negativni ion.

V procesu razbijanja velike vrzeli v plinskem dielektriku sledi več stopenj ena za drugo:

1. Prosti elektron se pojavi v plinski reži kot posledica fotoionizacije molekule plina, neposredno iz kovinske elektrode ali po naključju.

2. Prosti elektron, ki se pojavi v reži, se pospeši z električnim poljem, energija elektrona se poveča in sčasoma postane zadostna za ionizacijo nevtralnega atoma ob trku z njim. To pomeni, da pride do udarne ionizacije.

3. Kot posledica številnih udarnih ionizacijskih dejanj nastane in se razvije elektronski plaz.

4. Nastane streamer — plazemski kanal, ki ga tvorijo pozitivni ioni, ki ostanejo po prehodu plazu elektronov, in negativni, ki se zdaj vlečejo v pozitivno nabito plazmo.

5. Kapacitivni tok skozi strimer povzroči toplotno ionizacijo in strimer postane prevoden.

6. Ko je izpustna reža zaprta z izpustnim kanalom, pride do glavnega izpusta.

Če je razelektritvena reža dovolj majhna, se lahko proces okvare konča že na stopnji plazovite okvare ali na stopnji nastajanja toka - na stopnji iskre.

Električno trdnost plinov določajo:

• Razdalja med elektrodama;

• Tlak v plinu za vrtanje;

• Afiniteta molekul plina do elektrona, elektronegativnost plina.

Razmerje tlaka je razloženo na naslednji način. Z naraščanjem tlaka v plinu se razdalje med njegovimi molekulami zmanjšujejo. Med pospeševanjem mora elektron pridobiti enako energijo z veliko krajšo prosto potjo, ki zadostuje za ionizacijo atoma.

Ta energija je določena s hitrostjo elektrona med trkom, hitrost pa se razvije zaradi pospeška od sile, ki na elektron deluje iz električnega polja, torej zaradi njegove jakosti.

Paschenova krivulja prikazuje odvisnost prebojne napetosti Upr v plinu od produkta razdalje med elektrodama in tlaka - p * h. Na primer, za zrak pri p * h = 0,7 Pascal * meter je prebojna napetost približno 330 voltov. Povečanje prebojne napetosti levo od te vrednosti je posledica dejstva, da se zmanjša verjetnost trka elektrona z molekulo plina.

Elektronska afiniteta je sposobnost nekaterih nevtralnih molekul in plinskih atomov, da nase vežejo dodatne elektrone in postanejo negativni ioni. V plinih z visoko elektronsko afiniteto atomov, v elektronegativnih plinih elektroni potrebujejo veliko pospeševalno energijo, da tvorijo plaz.

Znano je, da je pri normalnih pogojih, to je pri normalni temperaturi in tlaku, dielektrična trdnost zraka v reži 1 cm približno 3000 V / mm, vendar pri tlaku 0,3 MPa (3-krat več kot običajno) dielektrična trdnost istega zraka postane blizu 10.000 V / mm. Za plin SF6, elektronegativni plin, je dielektrična trdnost v normalnih pogojih približno 8700 V/mm. In pri tlaku 0,3 MPa doseže 20.000 V / mm.

Dielektrična trdnost tekočih dielektrikov

Kar zadeva tekoče dielektrike, njihova dielektrična trdnost ni neposredno povezana z njihovo kemično strukturo. In glavna stvar, ki vpliva na mehanizem razpada v tekočini, je zelo blizu, v primerjavi s plinom, razporeditev njegovih molekul. Udarna ionizacija, značilna za pline, je v tekočem dielektriku nemogoča.

Energija udarne ionizacije je približno 5 eV, in če to energijo izrazimo kot produkt električne poljske jakosti, naboja elektrona in srednje proste poti, ki je približno 500 nanometrov, in nato iz tega izračunamo dielektrično trdnost, dobimo dobite 10.000.000 V/mm, realna električna trdnost za tekočine pa se giblje od 20.000 do 40.000 V/mm.

Dielektrična trdnost tekočin je pravzaprav odvisna od količine plina v teh tekočinah. Tudi dielektrična trdnost je odvisna od stanja površin elektrod, na katere se nanaša napetost. Razpad v tekočino se začne z razpadom majhnih plinskih mehurčkov.

Plin ima veliko nižjo dielektrično konstanto, zato se izkaže, da je napetost v mehurčku višja kot v okoliški tekočini. V tem primeru je dielektrična trdnost plina manjša. Razelektritve mehurčkov vodijo do rasti mehurčkov in sčasoma pride do razpada tekočine kot posledica delnih izpustov v mehurčkih.

Nečistoče igrajo pomembno vlogo v mehanizmu razvoja razgradnje v tekočih dielektrikih. Razmislite na primer o transformatorskem olju. Saje in voda kot prevodne primesi zmanjšajo dielektrično trdnost transformatorsko olje.

Čeprav se voda običajno ne meša z oljem, se njene najmanjše kapljice v olju pod delovanjem električnega polja polarizirajo, tvorijo tokokroge s povečano električno prevodnostjo v primerjavi z okoliškim oljem, posledično pa pride do razpada olja vzdolž tokokroga.

Za določitev dielektrične trdnosti tekočin v laboratorijskih pogojih se uporabljajo hemisferične elektrode, katerih polmer je večkrat večji od razdalje med njimi. V reži med elektrodama se ustvari enakomerno električno polje. Tipična razdalja je 2,5 mm.

Za transformatorsko olje prebojna napetost ne sme biti manjša od 50.000 voltov, njegovi najboljši vzorci pa se razlikujejo po vrednosti razgradne napetosti 80.000 voltov. Hkrati ne pozabite, da bi morala biti v teoriji udarne ionizacije ta napetost 2.000.000 - 3.000.000 voltov.

Torej, za povečanje dielektrične trdnosti tekočega dielektrika je potrebno:

• Očistite tekočino iz trdnih prevodnih delcev, kot so premog, saje itd.;

• Odstranite vodo iz dielektrične tekočine;

• Dezinficirajte tekočino (evakuirajte);

• Povečajte pritisk tekočine.

Dielektrična trdnost trdnih dielektrikov

Dielektrična trdnost trdnih dielektrikov je povezana s časom, v katerem deluje prebojna napetost. In glede na čas, ko se napetost nanaša na dielektrik, in fizikalne procese, ki se zgodijo v tem času, razlikujejo:

• Električna okvara, ki se pojavi v delčkih sekund po uporabi napetosti;

• Toplotni kolaps, ki se pojavi v nekaj sekundah ali celo urah;

• Okvara zaradi delnih izpustov, čas izpostavljenosti je lahko daljši od enega leta.

Mehanizem razpada trdnega dielektrika je uničenje kemičnih vezi v snovi pod vplivom uporabljene napetosti s pretvorbo snovi v plazmo. To pomeni, da lahko govorimo o sorazmernosti med električno trdnostjo trdnega dielektrika in energijo njegovih kemičnih vezi.

Trdni dielektriki pogosto presegajo dielektrično trdnost tekočin in plinov, na primer, izolacijsko steklo ima električno trdnost približno 70.000 V / mm, polivinilklorid - 40.000 V / mm, polietilen - 30.000 V / mm.

Vzrok toplotnega razpada je segrevanje dielektrika zaradi dielektrična izgubako energija izgube moči presega energijo, ki jo odvzame dielektrik.

Z naraščanjem temperature se povečuje število nosilcev, prevodnost se povečuje, izgubni kot se povečuje, zato se temperatura še bolj poveča in dielektrična trdnost se zmanjša. Posledično zaradi segrevanja dielektrika pride do nastale okvare pri nižji napetosti kot brez segrevanja, torej če je bila okvara čisto električna.