Dielektriklerin bozulma mekanizmalarını düşünmeden önce, bu malzemelerin özelliklerini bulmaya çalışalım. Elektrik yalıtım malzemeleri, farklı elektrik potansiyellerine sahip elektrikli ekipman parçalarını veya devre elemanlarını izole etmenize olanak sağlayan maddelerdir.
Malzemelerin özellikleri
İletken malzemelerle karşılaştırıldığında, yalıtkanlar önemli ölçüde daha yüksek elektrik direncine sahiptir. Bu malzemelerin tipik bir özelliği, güçlü elektrik alanlarının yaratılmasının yanı sıra enerji birikimidir. Bu özellik kapasitörlerde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Sınıflandırma
Toplanma durumuna göre tüm elektriksel yalıtım malzemeleri sıvı, gaz, katı olarak ayrılır. En büyüğü son dielektrik grubudur. Bunlara plastikler, seramikler, yüksek polimer malzemeler dahildir.
Kimyasal bileşime bağlı olarak, elektrik yalıtım malzemeleri inorganik ve organik olarak ayrılır.
Karbon, organik yalıtkanlarda ana kimyasal element olarak işlev görür. Maksimum sıcaklıklara dayanmainorganik malzemeler: seramik, mika.
Dielektrik elde etme yöntemine bağlı olarak, bunları sentetik ve doğal (doğal) olarak ayırmak gelenekseldir. Her türün belirli özellikleri vardır. Şu anda sentetik maddeler büyük bir gruptur.
Katı dielektrik malzemeler, malzemelerin yapısına, bileşimine ve teknolojik özelliklerine göre ayrı alt kategorilere ayrılır. Örneğin mum, seramik, mineral, film izolatörleri vardır.
Bütün bu malzemeler elektriksel iletkenlik ile karakterize edilir. Zamanla, bu tür maddeler, absorpsiyon akımındaki azalma nedeniyle akım değerinde bir değişiklik gösterir. Elektriksel yalıtkan malzemede belirli bir andan itibaren, yalnızca değerine bu malzemenin özelliklerinin bağlı olduğu bir iletim akımı vardır.
Süreç Özellikleri
Elektrik alan gücü, elektrik gücü sınırından büyükse, dielektrik bozulma meydana gelir. Bu onun yıkım sürecidir. İlk elektriksel yalıtım özelliklerinin böyle bir malzeme tarafından bozulma yerinde kaybolmasına neden olur.
Arıza voltajı, bir dielektrik arızanın meydana geldiği değerdir.
Dielektrik kuvvet, alan kuvvetinin değeri ile karakterize edilir.
Katı dielektriklerin parçalanması, elektriksel veya termal bir işlemdir. Değer katı yalıtım malzemelerinde çığ artışına yol açan olgulara dayanmaktadır.elektrik akımı.
Katı dielektriklerin parçalanmasının karakteristik özellikleri vardır:
- İletkenlik değerinin sıcaklığa ve voltaja bağlı olmaması veya zayıf bağımlılığı;
- Kullanılan dielektrik malzemenin kalınlığından bağımsız olarak, düzgün bir alandaki bir malzemenin elektriksel gücü;
- mekanik gücün dar sınırları;
- ilk olarak, akım katlanarak artar ve katı dielektriklerin bozulmasına akımda ani bir artış eşlik eder;
- homojen olmayan bir alanda, bu işlem maksimum alan kuvvetine sahip bir yerde gerçekleşir.
Termal arıza
Büyük dielektrik kayıpları olduğunda, malzeme diğer ısı kaynakları tarafından ısıtıldığında, ısı enerjisi yetersiz şekilde uzaklaştırıldığında ortaya çıkar. Dielektrikte böyle bir bozulmaya, ısı iletiminin bozulduğu alandaki direncin keskin bir şekilde azalması sonucu elektrik akımındaki bir artış eşlik eder. Dielektrikin tamamen termal tahribatı zayıflamış yerde meydana gelene kadar benzer bir süreç gözlenir. Örneğin, orijinal katı elektrik yalıtım malzemesi eriyecektir.
İşaretler
Dielektrik arızanın karakteristik özellikleri vardır:
- çevreye düşük kaliteli ısı tahliyesi yapılan bir yerde oluşur;
- Arıza voltajı ortam sıcaklığı arttıkça azalır;
- elektriksel güç, dielektrik kalınlığı ile ters orantılıdırkatman.
Genel özellikler
Dielektriklerin ana bozulma türlerini karakterize edelim. Sürecin özü, elektrik alan kuvvetinin kritik değeri aşıldığında, elektriksel yalıtım malzemesinin özelliklerinin kaybolmasında yatmaktadır. Bu işlemin birkaç türü vardır:
- dielektriğin elektriksel dökümü;
- termal süreç;
- elektrokimyasal yaşlanma.
Elektrik varyantı, güçlü bir elektrik alanında ortaya çıkan negatif elektronlar tarafından darbe iyonizasyonunun bir sonucu olarak ortaya çıkar. Bu sürece akım yoğunluğunda keskin bir artış eşlik eder.
İzolatördeki ısıl işlemin nedeni, elektriksel iletkenlik etkileri veya dielektrik kayıplar sonucu sistem tarafından üretilen ısı miktarının artmasıdır. Böyle bir bozulmanın sonucu, elektrik yalıtım malzemesinin termal tahribatıdır.
Dielektriklerin arıza gerilimi değiştiğinde, elektriksel yalıtkan malzemenin yapısında dönüşümler meydana gelir ve dielektriklerin kimyasal bileşimi de değişir. Sonuç olarak, yalıtım direncinde geri dönüşü olmayan bir azalma gözlenir. Bu durumda dielektrikte elektriksel yaşlanma meydana gelir.
Gazlı bir ortamda
Gazlı dielektriklerin bozulması nasıl gerçekleşir? Kozmik ve radyoaktif radyasyon nedeniyle hava boşluklarında az sayıda yüklü parçacık bulunur. Alanda negatif elektronların hızlanması vardır, bunun sonucunda değeri doğrudan alan gücüne bağlı olan ek enerji kazanırlar veçarpışmadan önce parçacığın ortalama yol uzunluğu. Önemli bir yoğunluk değerinde, elektron akışında bir artış gözlenir ve bu da boşluğun bozulmasına neden olur. Bu süreç birkaç faktörden etkilenir. Bunlardan en önemlisi saha seçeneğidir. Gazın elektriksel gücü ile basınç ve sıcaklık arasında doğrudan bir ilişki vardır.
Sıvı ortam
Sıvı dielektriklerin bozulması, elektrik yalıtım malzemesinin saflığı ile ilgilidir. Üç derece vardır:
- dielektrikteki katı mekanik safsızlıkların ve emülsiyon suyunun içeriği;
- teknik olarak temiz;
- tamamen temizlenmiş ve gazı alınmış.
Özenle temizlenmiş sıvı dielektriklerde, arızanın sadece elektrik versiyonu vardır. Sıvı ve gazın yoğunluklarındaki önemli farktan dolayı elektron yol uzunluğu azalır, bu da arıza geriliminde bir artışa neden olur.
Modern elektrik enerjisi endüstrisinde, teknik olarak saf sıvı dielektrik türleri kullanılır, içlerinde yalnızca çok az miktarda yabancı madde bulunmasına izin verilir.
Sıvı elektrik yalıtım malzemesi içindeki minimum miktarda emülsiyon suyunun bile elektriksel mukavemette güçlü bir azalmaya neden olduğu dikkate alınmalıdır.
Dolayısıyla, dielektrik gücü ve dielektriklerin parçalanması birbiriyle ilişkili niceliklerdir. Sıvı bir ortamdaki bozulma mekanizmasını ele alalım. Emülsiyon suyu damlaları bir elektrik alanında polarize edilir, ardından polar elektrotlar arasındaki boşluğa düşer. Burada deforme olurlar, birleşirler ve köprüler oluşur,küçük elektrik direnci ile. Testin gerçekleştiği üzerlerinde. Köprülerin görünümü, yağın mukavemetinde önemli bir azalmaya neden olur.
Elektrik yalıtım malzemelerinin özellikleri
Katı yalıtkanların dikkate alınan arıza türleri, modern elektrik mühendisliğinde uygulamalarını bulmuştur.
Şu anda teknolojide, transformatör ve kapasitör yağlarında ve ayrıca sentetik sıvılarda kullanılan sıvı ve yarı sıvı dielektrik malzemeler arasında: sovtol, sovol.
Mineral yağlar, ham petrolün fraksiyonel damıtılmasından elde edilir. Bireysel türleri arasında viskozite, elektriksel özelliklerde farklılıklar vardır.
Örneğin, kablo ve kapasitör yağları son derece rafine edilmiştir, bu nedenle mükemmel dielektrik özelliklere sahiptirler. Yanıcı olmayan sentetik sıvılar sovtol ve sovol'dur. İlkini elde etmek için kristalli difenilin bir klorlama reaksiyonu gerçekleştirilir. Bu şeffaf viskoz sıvı zehirlidir ve mukoza zarını tahriş edebilir, bu nedenle böyle bir dielektrikle çalışırken önlemlere dikkatle uyulmalıdır.
Sovtol, bir triklorobenzen ve sovol karışımıdır, bu nedenle bu elektriksel yalıtım malzemesi daha düşük bir viskozite ile karakterize edilir.
Her iki sentetik sıvı da endüstriyel AC ve DC cihazlarında kurulu modern kağıt kapasitörleri emprenye etmek için kullanılır.
Organikyüksek polimerli dielektrik malzemeler birçok monomer molekülünden oluşur. Amber, doğal kauçuk, yüksek dielektrik özelliklere sahiptir.
Seresin ve parafin gibi mumsu malzemelerin belirgin bir erime noktası vardır. Bu tür dielektrikler polikristal bir yapıya sahiptir.
Modern elektrik mühendisliğinde kompozit malzemeler olan plastikler talep görmektedir. Polimerler, reçineler, boyalar, stabilize edici maddeler ve ayrıca plastikleştirici bileşenler içerirler. Isı ile ilişkilerine göre termoplastik ve termoset malzemeler olarak sınıflandırılırlar.
Havada çalışmak için geleneksel malzemeye göre daha yoğun bir yapıya sahip olan elektrikli karton kullanılır.
Dielektrik özelliklere sahip katmanlı elektrik yalıtım malzemeleri arasında textolite, getinaks, fiberglas öne çıkıyoruz. Bağlayıcı olarak silikon veya rezol reçineleri kullanan bu laminatlar mükemmel dielektriklerdir.
Olayın nedenleri
Dielektriklerin bozulmasının çeşitli nedenleri vardır. Bu nedenle, bu fiziksel süreci tam olarak açıklayacak evrensel bir teori hala yoktur. Yalıtım seçeneğinden bağımsız olarak, bir arıza durumunda, büyüklüğü bu elektrikli cihazda kısa devreye yol açan özel bir iletkenlik kanalı oluşur. Böyle bir sürecin sonuçları nelerdir? Yüksek bir acil durum olasılığı vardır, bunun bir sonucu olarakelektrikli cihaz kullanım dışı bırakılacaktır.
Yalıtım sistemine bağlı olarak, arızanın farklı tezahürleri olabilir. Katı dielektrikler için kanal, akım kapatıldıktan sonra bile önemli iletkenliği korur. Gaz ve sıvı elektrik yalıtım malzemeleri, yüklü elektronların yüksek hareketliliği ile karakterize edilir. Bu nedenle, voltajdaki bir değişiklik nedeniyle arıza kanalının ani bir restorasyonu vardır.
Sıvılarda bozulma çeşitli işlemlerden kaynaklanır. İlk olarak, elektrotlar arasındaki boşlukta optik homojensizlikler oluşur, bu yerlerde sıvı şeffaflığını kaybeder. A. Gemant'ın teorisi, bir sıvı dielektrikin parçalanmasını bir emülsiyon olarak ele alır. Bilim adamları tarafından yapılan hesaplamalara göre, bir elektrik alanının etkisi nedeniyle nem damlaları uzun bir dipol şeklini alır. Yüksek bir alan kuvveti durumunda, oluşan kanalda deşarja katkıda bulunan birleşirler.
Çok sayıda deney yaparken, sıvıda bir gaz varsa, voltajda keskin bir artışla bozulmadan önce kabarcıkların görüneceği bulundu. Aynı zamanda, bu tür sıvıların arıza voltajı, azalan basınç veya artan sıcaklık ile azalır.
Sonuç
Modern dielektrik malzemeler, elektrik endüstrisi geliştikçe gelişiyor. Şu anda, çeşitli dielektrik türleri yaratma teknolojisi o kadar modernleştirildi ki, yüksek performanslı ucuz dielektrikler yaratmak mümkün.
ArasındaKarşılık gelen özelliklere sahip en çok talep edilen malzemeler özellikle cam ve cam emayeler için ilgi çekicidir. Kurulum, alkali, lamba, kapasitör, bu malzemenin diğer türleri amorf bir yapıya sahip maddelerdir. Karışıma kalsiyum ve alüminyum oksitler eklendiğinde, malzemenin dielektrik özelliklerini iyileştirmek ve bozulma olasılığını az altmak mümkündür.
Cam emayeler, metal yüzeyinde ince bir cam tabakasının biriktirildiği malzemelerdir. Bu teknoloji korozyona karşı güvenilir koruma sağlar.
Elektrik yalıtım özelliklerine sahip tüm malzemeler modern teknolojide yaygın olarak kullanılmaktadır. Dielektrik arıza zamanında önlenirse, pahalı ekipmanların zarar görmesini önlemek oldukça mümkündür.
