قبل از بررسی مکانیسم های تجزیه دی الکتریک ها، بیایید سعی کنیم ویژگی های این مواد را دریابیم. مواد عایق الکتریکی موادی هستند که به شما امکان می‌دهند بخش‌هایی از تجهیزات الکتریکی یا عناصر مدار را که دارای پتانسیل الکتریکی متفاوتی هستند جدا کنید.
ویژگی های مواد
در مقایسه با مواد رسانا، عایق ها مقاومت الکتریکی به طور قابل توجهی بالاتری دارند. یکی از ویژگی های معمول این مواد ایجاد میدان های الکتریکی قدرتمند و همچنین انباشت انرژی است. این ویژگی به طور گسترده در خازن ها استفاده می شود.
طبقه بندی
با توجه به حالت تجمع، تمام مواد عایق الکتریکی به مایع، گاز، جامد تقسیم می شوند. بزرگترین گروه آخرین دی الکتریک است. اینها شامل پلاستیک، سرامیک، مواد با پلیمر بالا است.
بسته به ترکیب شیمیایی، مواد عایق الکتریکی به غیر آلی و آلی تقسیم می شوند.
کربن به عنوان عنصر شیمیایی اصلی در عایق های آلی عمل می کند. حداکثر دما را تحمل می کندمواد معدنی: سرامیک، میکا.
با توجه به روش به دست آوردن دی الکتریک ها، مرسوم است که آنها را به مصنوعی و طبیعی (طبیعی) تقسیم کنند. هر نوع دارای ویژگی های خاصی است. در حال حاضر، مواد مصنوعی گروه بزرگی هستند.
مواد دی الکتریک جامد با توجه به ساختار، ترکیب، ویژگی های تکنولوژیکی مواد، بیشتر به زیرمجموعه های جداگانه تقسیم می شوند. به عنوان مثال، عایق های موم، سرامیک، معدنی، فیلم وجود دارد.
همه این مواد با هدایت الکتریکی مشخص می شوند. با گذشت زمان، چنین موادی به دلیل کاهش جریان جذب، تغییری در مقدار جریان نشان می دهند. از یک لحظه خاص در مواد عایق الکتریکی فقط یک جریان رسانایی وجود دارد که خواص این ماده به مقدار آن بستگی دارد.
ویژگی های فرآیند
اگر شدت میدان الکتریکی از حد قدرت الکتریکی بیشتر باشد، شکست دی الکتریک رخ می دهد. این روند تخریب آن است. این منجر به از دست دادن ویژگی های عایق الکتریکی اولیه آن در محل تجزیه توسط چنین موادی می شود.
ولتاژ شکست مقداری است که در آن شکست دی الکتریک رخ می دهد.
قدرت دی الکتریک با مقدار قدرت میدان مشخص می شود.
تجزیه دی الکتریک جامد یک فرآیند الکتریکی یا حرارتی است. بر اساس پدیده هایی است که منجر به افزایش بهمنی در مواد عایق جامد با ارزش می شودجریان الکتریکی.
تجزیه دی الکتریک جامد ویژگی های مشخصی دارد:
- فقدان یا وابستگی ضعیف به دما و ولتاژ مقدار هدایت؛
- استحکام الکتریکی یک ماده در یک میدان یکنواخت، بدون توجه به ضخامت ماده دی الکتریک استفاده شده؛
- محدودیت باریک مقاومت مکانیکی؛
- اول، جریان به صورت تصاعدی افزایش می یابد، و شکست دی الکتریک های جامد با افزایش ناگهانی جریان همراه است؛
- در یک میدان ناهمگن، این فرآیند در مکانی با حداکثر قدرت میدان رخ می دهد.
تجزیه حرارتی
زمانی که تلفات دی الکتریک زیادی وجود دارد، زمانی که مواد توسط منابع گرمایی دیگر گرم می شوند، زمانی که انرژی گرمایی ضعیف حذف می شود، ظاهر می شود. چنین شکست دی الکتریک با افزایش جریان الکتریکی در نتیجه کاهش شدید مقاومت در ناحیه ای که هدایت گرما مختل شده است همراه است. روند مشابهی مشاهده می شود تا زمانی که تخریب حرارتی کامل دی الکتریک در محل ضعیف شده رخ دهد. به عنوان مثال، مواد عایق الکتریکی جامد اصلی ذوب می شوند.
نشانه ها
شکست دی الکتریک ویژگی های مشخصی دارد:
- در مکانی رخ می دهد که حرارت با کیفیت پایین به محیط منتقل می شود؛
- ولتاژ شکست با افزایش دمای محیط کاهش می یابد؛
- قدرت الکتریکی با ضخامت دی الکتریک نسبت معکوس دارد.لایه.
ویژگی های کلی
بیایید انواع اصلی تجزیه دی الکتریک ها را مشخص کنیم. ماهیت این فرآیند در از دست دادن مواد عایق الکتریکی از ویژگی های آن در زمانی که مقدار بحرانی قدرت میدان الکتریکی فراتر رود، نهفته است. انواع مختلفی از این فرآیند وجود دارد:
- شکست الکتریکی دی الکتریک؛
- فرایند حرارتی؛
- پیری الکتروشیمیایی.
گونه الکتریکی در نتیجه یونیزاسیون ضربه ای توسط الکترون های منفی رخ می دهد که در یک میدان الکتریکی قدرتمند ظاهر می شود. این فرآیند با افزایش شدید چگالی جریان همراه است.
دلیل فرآیند حرارتی در عایق افزایش مقدار گرمای تولید شده توسط سیستم به دلیل اثرات هدایت الکتریکی یا در نتیجه تلفات دی الکتریک است. نتیجه چنین خرابی تخریب حرارتی مواد عایق الکتریکی است.
هنگامی که ولتاژ شکست دی الکتریک ها تغییر می کند، دگرگونی هایی در ساختار مواد عایق الکتریکی رخ می دهد و ترکیب شیمیایی دی الکتریک نیز تغییر می کند. در نتیجه کاهش برگشت ناپذیری در مقاومت عایق مشاهده می شود. در این مورد، پیری الکتریکی دی الکتریک رخ می دهد.
در یک محیط گازی
تجزیه دی الکتریک های گازی چگونه اتفاق می افتد؟ به دلیل تشعشعات کیهانی و رادیواکتیو، تعداد کمی ذرات باردار در شکاف های هوا وجود دارد. شتاب الکترون های منفی در میدان وجود دارد که در نتیجه آنها انرژی اضافی به دست می آورند که مقدار آن مستقیماً به شدت میدان بستگی دارد ومیانگین طول مسیر ذره قبل از برخورد در یک مقدار شدت قابل توجه، افزایش در جریان الکترون مشاهده می شود که باعث شکست شکاف می شود. این فرآیند تحت تأثیر عوامل متعددی است. مهمترین آنها گزینه فیلد است. بین قدرت الکتریکی گاز و فشار و دما رابطه مستقیم وجود دارد.
مدیوم مایع
تجزیه دی الکتریک مایع به خلوص مواد عایق الکتریکی مربوط می شود. سه درجه وجود دارد:
- محتوای ناخالصی های مکانیکی جامد و آب امولسیونی در دی الکتریک؛
- فنی تمیز؛
- کاملاً تمیز و گاز زدایی شده.
در دی الکتریک های مایع که با دقت تمیز شده اند، فقط یک نسخه الکتریکی از خرابی وجود دارد. به دلیل تفاوت قابل توجه در چگالی مایع و گاز، طول مسیر الکترون کاهش می یابد که منجر به افزایش ولتاژ شکست می شود.
در صنعت برق مدرن، از انواع دی الکتریک های مایع از نظر فنی خالص استفاده می شود که فقط وجود کمی ناخالصی در آنها مجاز است.
باید در نظر گرفت که حتی حداقل مقدار آب امولسیون در مواد عایق الکتریکی مایع باعث کاهش شدید مقاومت الکتریکی می شود.
بنابراین، قدرت دی الکتریک و تجزیه دی الکتریک ها کمیت های مرتبط هستند. اجازه دهید مکانیسم شکست در یک محیط مایع را در نظر بگیریم. قطرات آب امولسیونی در یک میدان الکتریکی قطبی می شوند، سپس به فضای بین الکترودهای قطبی می افتند. در اینجا آنها تغییر شکل می دهند، ادغام می شوند و پل ها تشکیل می شوند.با مقاومت الکتریکی کم این آزمایش روی آنهاست. ظاهر پل ها باعث کاهش قابل توجه استحکام روغن می شود.
ویژگی های مواد عایق الکتریکی
انواع تجزیه دی الکتریک جامد در نظر گرفته شده کاربرد خود را در مهندسی برق مدرن پیدا کرده اند.
در میان مواد دی الکتریک مایع و نیمه مایع که در حال حاضر در فناوری استفاده می شود، روغن های ترانسفورماتور و خازن و همچنین سیالات مصنوعی: sovtol، sovol.
روغن های معدنی از تقطیر جزئی نفت خام به دست می آیند. بین انواع مختلف آنها تفاوت هایی در ویسکوزیته و ویژگی های الکتریکی وجود دارد.
به عنوان مثال، روغن های کابل و خازن بسیار تصفیه شده اند، بنابراین دارای ویژگی های دی الکتریک عالی هستند. مایعات مصنوعی غیر قابل اشتعال عبارتند از sovtol و sovol. برای به دست آوردن اولین، یک واکنش کلرزنی دی فنیل کریستالی انجام می شود. این مایع چسبناک شفاف سمی است و می تواند غشای مخاطی را تحریک کند، بنابراین هنگام کار با چنین دی الکتریکی باید اقدامات احتیاطی را به دقت رعایت کرد.
Sovtol مخلوطی از تری کلروبنزن و سوول است، بنابراین این ماده عایق الکتریکی با ویسکوزیته کمتر مشخص می شود.
هر دو سیال مصنوعی برای آغشته کردن خازن های کاغذی مدرن نصب شده در دستگاه های AC و DC صنعتی استفاده می شوند.
ارگانیکمواد دی الکتریک با پلیمر بالا از مولکول های مونومر زیادی تشکیل شده اند. کهربا، لاستیک طبیعی، دارای ویژگی های دی الکتریک بالایی است.
مواد مومی مانند سرزین و پارافین نقطه ذوب مشخصی دارند. چنین دی الکتریک ها ساختار چند کریستالی دارند.
در مهندسی برق مدرن، پلاستیک ها که مواد کامپوزیتی هستند، مورد تقاضا هستند. آنها حاوی پلیمرها، رزین ها، رنگ ها، عوامل تثبیت کننده و همچنین اجزای پلاستیک کننده هستند. با توجه به رابطه آنها با گرما، آنها به مواد ترموپلاستیک و ترموست طبقه بندی می شوند.
برای کار در هوا از مقوای برقی استفاده می شود که ساختار متراکم تری نسبت به مواد معمولی دارد.
در میان مواد عایق الکتریکی لایه ای با ویژگی های دی الکتریک، ما textolite، getinaks، فایبرگلاس را برجسته می کنیم. این ورقه‌ها، که از رزین‌های سیلیکون یا رزول به عنوان چسب استفاده می‌کنند، دی‌الکتریک‌های عالی هستند.
علل پدیده
دلایل مختلفی برای تجزیه دی الکتریک ها وجود دارد. بنابراین، هنوز هیچ نظریه جهانی وجود ندارد که به طور کامل این فرآیند فیزیکی را توضیح دهد. صرف نظر از گزینه عایق، در صورت خرابی، یک کانال هدایت ویژه تشکیل می شود که بزرگی آن منجر به اتصال کوتاه در این دستگاه الکتریکی می شود. پیامدهای چنین فرآیندی چیست؟ احتمال وقوع یک اورژانس زیاد است که در نتیجه آندستگاه برقی از سرویس خارج می شود.
بسته به سیستم عایق، خرابی ممکن است تظاهرات مختلفی داشته باشد. برای دی الکتریک جامد، کانال حتی پس از قطع جریان، رسانایی قابل توجهی را حفظ می کند. مواد عایق الکتریکی گازی و مایع با تحرک بالای الکترون های باردار مشخص می شوند. بنابراین، به دلیل تغییر ولتاژ، کانال خرابی آنی بازسازی می شود.
در مایعات، تجزیه در اثر فرآیندهای مختلفی ایجاد می شود. ابتدا ناهمگنی های نوری در فضای بین الکترودها ایجاد می شود، در این مکان ها مایع شفافیت خود را از دست می دهد. تئوری جمانت تجزیه دی الکتریک مایع را امولسیون می داند. بر اساس محاسبات انجام شده توسط دانشمندان، به دلیل عمل میدان الکتریکی، قطرات رطوبت به شکل یک دوقطبی کشیده به خود می گیرند. در مورد قدرت میدان بالا، آنها ترکیب می شوند که به تخلیه در کانال تشکیل شده کمک می کند.
هنگام انجام آزمایش های متعدد، مشخص شد که اگر گازی در مایع وجود داشته باشد، با افزایش شدید ولتاژ، حباب ها قبل از شکست ظاهر می شوند. در عین حال، ولتاژ شکست چنین مایعاتی با کاهش فشار یا با افزایش دما کاهش می یابد.
نتیجه گیری
مواد دی الکتریک مدرن با توسعه صنعت برق در حال بهبود هستند. در حال حاضر فناوری ایجاد انواع دی الکتریک ها به قدری مدرن شده است که می توان دی الکتریک های ارزان قیمت با کارایی بالا ایجاد کرد.
در میانمواد مورد تقاضا با ویژگی های مربوطه مورد توجه خاص شیشه و لعاب شیشه ای هستند. نصب، قلیایی، لامپ، خازن، انواع دیگر این مواد موادی از ساختار بی شکل هستند. هنگامی که اکسیدهای کلسیم و آلومینیوم به مخلوط اضافه می شود، می توان خواص دی الکتریک مواد را بهبود بخشید و احتمال تجزیه را کاهش داد.
لعاب های شیشه ای موادی هستند که در آن لایه نازکی از شیشه بر روی سطح فلز رسوب می کند. این فناوری محافظت قابل اعتمادی در برابر خوردگی فراهم می کند.
تمام مواد با ویژگی های عایق الکتریکی به طور گسترده در فناوری مدرن استفاده می شوند. اگر به موقع از خرابی دی الکتریک جلوگیری شود، می توان از آسیب به تجهیزات گران قیمت جلوگیری کرد.
