לפני שניקח בחשבון את מנגנוני הפירוק של דיאלקטריות, בואו ננסה לברר את התכונות של חומרים אלה. חומרים מבודדים חשמליים הם חומרים המאפשרים לך לבודד חלקים של ציוד חשמלי או רכיבי מעגל בעלי פוטנציאל חשמלי שונה.
תכונות של חומרים
בהשוואה לחומרים מוליכים, למבודדים יש התנגדות חשמלית גבוהה משמעותית. תכונה טיפוסית של חומרים אלה היא יצירת שדות חשמליים רבי עוצמה, כמו גם צבירת אנרגיה. מאפיין זה נמצא בשימוש נרחב בקבלים.
Classification
לפי מצב הצבירה, כל חומרי הבידוד החשמליים מחולקים לנוזל, גזי, מוצק. הגדול ביותר הוא הקבוצה האחרונה של דיאלקטריות. אלה כוללים פלסטיק, קרמיקה, חומרים בעלי פולימר גבוה.
בהתאם להרכב הכימי, חומרי בידוד חשמליים מחולקים לאורגניים ולאורגניים.
פחמן פועל כיסוד הכימי העיקרי במבודדים אורגניים. עמידה בטמפרטורות מקסימליותחומרים אנאורגניים: קרמיקה, נציץ.
בהתאם לשיטת השגת דיאלקטריות, נהוג לחלקם לסינטטי וטבעי (טבעי). לכל סוג יש תכונות מסוימות. נכון לעכשיו, חומרים סינתטיים הם קבוצה גדולה.
חומרים דיאלקטריים מוצקים מחולקים עוד לתת-קטגוריות נפרדות בהתאם למבנה, הרכב, מאפיינים טכנולוגיים של חומרים. לדוגמה, ישנם מבודדי שעווה, קרמיקה, מינרלים, סרטים.
כל החומרים הללו מאופיינים במוליכות חשמלית. לאורך זמן, חומרים כאלה מראים שינוי בערך הנוכחי עקב ירידה בזרם הספיגה. מרגע מסוים בחומר הבידוד החשמלי יש רק זרם הולכה, שתכונותיו של החומר הזה תלויות בערכו.
תכונות תהליך
אם חוזק השדה החשמלי גדול ממגבלת החוזק החשמלי, מתרחש התמוטטות דיאלקטרי. זהו תהליך ההרס שלו. זה מוביל לאובדן במקום התמוטטות על ידי חומר כזה של מאפייני הבידוד החשמלי הראשוניים שלו.
מתח התמוטטות הוא הערך שבו מתרחש תקלה דיאלקטרית.
חוזק דיאלקטרי מאופיין בערך של חוזק השדה.
התמוטטות של דיאלקטריות מוצקות הוא תהליך חשמלי או תרמי. הוא מבוסס על תופעות המובילות לעלייה מפולת שלגים בחומרי בידוד מוצקים בעלי ערךזרם חשמלי.
להתמוטטות של דיאלקטריות מוצקות יש תכונות אופייניות:
- העדר או תלות חלשה בטמפרטורה ובמתח של ערך המוליכות;
- חוזק חשמלי של חומר בשדה אחיד, ללא קשר לעובי החומר הדיאלקטרי בו נעשה שימוש;
- גבולות צרים של חוזק מכני;
- ראשית, הזרם גדל באופן אקספוננציאלי, והתמוטטויות של דיאלקטריות מוצקות מלווים בעלייה פתאומית בזרם;
- בשדה לא-הומוגני, תהליך זה מתרחש במקום עם חוזק שדה מקסימלי.
תמוטטות תרמית
זה מופיע כאשר יש הפסדים דיאלקטריים גדולים, כאשר החומר מחומם על ידי מקורות חום אחרים, כאשר אנרגיית החום מוסרת בצורה גרועה. פירוק כזה של הדיאלקטרי מלווה בעלייה בזרם החשמלי כתוצאה מירידה חדה בהתנגדות באזור בו הולכת החום נפגעת. תהליך דומה נצפה עד שההרס התרמי המלא של הדיאלקטרי מתרחש במקום המוחלש. לדוגמה, חומר הבידוד החשמלי המוצק המקורי יימס.
Signs
להתמוטטות דיאלקטרית יש תכונות אופייניות:
- מתרחש במקום של סילוק חום באיכות ירודה לסביבה;
- מתח התמוטטות יורד עם עלייה בטמפרטורת הסביבה;
- חוזק חשמלי הוא ביחס הפוך לעובי הדיאלקטרישכבה.
מאפיינים כלליים
בואו נאפיין את סוגי הפירוק העיקריים של דיאלקטריים. המהות של התהליך טמונה באובדן חומר בידוד חשמלי של מאפייניו כאשר חריגה מהערך הקריטי של חוזק השדה החשמלי. ישנם מספר סוגים של תהליך זה:
- התמוטטות חשמלית של דיאלקטרי;
- תהליך תרמי;
- הזדקנות אלקטרוכימית.
וריאציה חשמלית מתרחשת כתוצאה מיינון השפעה על ידי אלקטרונים שליליים, המופיעים בשדה חשמלי רב עוצמה. תהליך זה מלווה בעלייה חדה בצפיפות הזרם.
הסיבה לתהליך התרמי במבודד היא עלייה בכמות החום שנוצרת מהמערכת עקב השפעות מוליכות חשמלית או כתוצאה מהפסדים דיאלקטריים. התוצאה של תקלה כזו היא הרס תרמי של חומר הבידוד החשמלי.
כאשר מתח הפירוק של דיאלקטרי משתנה, מתרחשות טרנספורמציות במבנה של חומר הבידוד החשמלי, וגם ההרכב הכימי של הדיאלקטרי משתנה. כתוצאה מכך, נצפית ירידה בלתי הפיכה בהתנגדות הבידוד. במקרה זה, מתרחשת הזדקנות חשמלית של הדיאלקטרי.
במדיום גזי
איך מתרחש התמוטטות דיאלקטריות גזים? בשל קרינה קוסמית ורדיואקטיבית, יש מספר קטן של חלקיקים טעונים במרווחי האוויר. יש האצה של אלקטרונים שליליים בשדה, כתוצאה מכך הם רוכשים אנרגיה נוספת, שערכה תלוי ישירות בעוצמת השדה ובאורך הנתיב הממוצע של החלקיק לפני ההתנגשות. בערך עוצמה משמעותי נצפית עלייה בזרימת האלקטרונים הגורמת לפירוק הפער. תהליך זה מושפע ממספר גורמים. החשוב שבהם הוא אפשרות השדה. יש קשר ישיר בין החוזק החשמלי של הגז לבין לחץ וטמפרטורה.
בינוני נוזלי
התמוטטות של דיאלקטריות נוזליות קשורה לטוהר החומר המבודד החשמלי. יש שלוש מעלות:
- תוכן של זיהומים מכניים מוצקים ומים תחליב בדיאלקטרי;
- נקי טכני;
- נוקה ביסודיות והורדה גזים.
בדיאלקטריים נוזליים שניקו בקפידה, יש רק גרסה חשמלית של התמוטטות. עקב ההבדל המשמעותי בצפיפות הנוזל והגז, אורך נתיב האלקטרונים פוחת, מה שמוביל לעלייה במתח הפריצה.
בתעשיית החשמל המודרנית, משתמשים בסוגים טהורים מבחינה טכנית של דיאלקטריים נוזליים, רק נוכחות קלה של זיהומים בהם מותרת.
יש לקחת בחשבון שגם הכמות המינימלית של מי אמולסיה בחומר הבידוד החשמלי הנוזלי גורמת להפחתה חזקה בחוזק החשמלי.
לכן, חוזק דיאלקטרי ופירוק של דיאלקטריים הם כמויות קשורות. הבה נבחן את מנגנון הפירוק במדיום נוזלי. טיפות של מי אמולסיה מקוטבות בשדה חשמלי, ואז הן נופלות לתוך החלל שבין האלקטרודות הקוטביות. כאן הם מעוותים, מתמזגים ונוצרים גשרים,עם התנגדות חשמלית קטנה. עליהם מתרחשת הבדיקה. מראה הגשרים גורם להפחתה משמעותית בחוזק השמן.
תכונות של חומרי בידוד חשמליים
סוגי הפירוק הנחשבים של דיאלקטריים מוצקים מצאו את היישום שלהם בהנדסת חשמל מודרנית.
בין החומרים הדיאלקטריים הנוזליים והנוזליים למחצה המשמשים כיום בטכנולוגיה, שמני שנאים וקבלים, כמו גם נוזלים סינתטיים: sovtol, sovol.
שמנים מינרליים מתקבלים מזיקוק חלקי של נפט גולמי. בין הסוגים האישיים שלהם ישנם הבדלים בצמיגות, מאפיינים חשמליים.
לדוגמה, שמני כבלים וקבלים מעודנים מאוד, ולכן יש להם מאפיינים דיאלקטריים מצוינים. נוזלים סינתטיים שאינם דליקים הם sovtol ו-sovol. כדי להשיג את הראשון, מתבצעת תגובת הכלרה של דיפניל גבישי. נוזל צמיג שקוף זה רעיל ועלול לגרות את הקרום הרירי, לכן, כאשר עובדים עם דיאלקטרי כזה, יש להקפיד על אמצעי זהירות.
Sovtol הוא תערובת של טריכלורובנזן וסובול, ולכן חומר בידוד חשמלי זה מאופיין בצמיגות נמוכה יותר.
שני הנוזלים הסינתטיים משמשים להספגה של קבלי נייר מודרניים המותקנים בהתקני AC ו-DC תעשייתיים.
אורגניחומרים דיאלקטריים בעלי פולימר גבוה מורכבים ממולקולות מונומר רבות. ענבר, גומי טבעי, בעל מאפיינים דיאלקטריים גבוהים.
לחומרים שעותיים כמו צרסין ופרפין יש נקודת התכה ברורה. לדיאלקטריים כאלה יש מבנה רב גבישי.
בהנדסת חשמל מודרנית, יש ביקוש לפלסטיק, שהם חומרים מרוכבים. הם מכילים פולימרים, שרפים, צבעים, חומרים מייצבים, כמו גם רכיבים פלסטיים. בהתאם ליחסם לחום, הם מסווגים לחומרים תרמופלסטיים וחומרים תרמוסטיים.
לעבודה באוויר משתמשים בקרטון חשמלי, בעל מבנה צפוף יותר בהשוואה לחומר קונבנציונלי.
בין חומרי הבידוד החשמליים השכבתיים בעלי מאפיינים דיאלקטריים, אנו מדגישים טקסטוליט, גטינקים, פיברגלס. לרבדים אלה, שמשתמשים בשרף סיליקון או רסול כחומר מקשר, הם דיאלקטריים מצוינים.
סיבות לתופעה
ישנן סיבות שונות להתמוטטות הדיאלקטריות. לכן, עדיין אין תיאוריה אוניברסלית שתסביר במלואה את התהליך הפיזי הזה. ללא קשר לאפשרות הבידוד, במקרה של תקלה נוצרת תעלה של מוליכות מיוחדת, שגודלה מוביל לקצר חשמלי במכשיר החשמלי הזה. מה ההשלכות של תהליך כזה? קיימת סבירות גבוהה למקרה חירום, כתוצאה מכךהמכשיר החשמלי יוצא משימוש.
בהתאם למערכת הבידוד, להתמוטטות עשויות להיות ביטויים שונים. עבור דיאלקטריות מוצקות, הערוץ שומר על מוליכות משמעותית גם לאחר כיבוי הזרם. חומרי בידוד חשמליים גזים ונוזלים מאופיינים בניידות גבוהה של אלקטרונים טעונים. לכן, יש שחזור מיידי של ערוץ התמוטטות עקב שינוי במתח.
בנוזל, פירוק נגרם מתהליכים שונים. ראשית, נוצרות אי-הומוגניות אופטיות במרווח שבין האלקטרודות, במקומות אלו הנוזל מאבד את השקיפות שלו. התיאוריה של ג'מנט רואה בפירוק דיאלקטרי נוזלי כתחליב. על פי חישובים שבוצעו על ידי מדענים, עקב פעולת שדה חשמלי, טיפות לחות לובשות צורה של דיפול מוארך. במקרה של חוזק שדה גבוה הם מתחברים, מה שתורם לפריקה בערוץ שנוצר.
בעת ביצוע ניסויים רבים, נמצא שאם יש גז בנוזל, אז עם עלייה חדה במתח, יופיעו בועות לפני התמוטטות. במקביל, מתח השבר של נוזלים כאלה יורד עם ירידה בלחץ או עם עלייה בטמפרטורה.
מסקנה
חומרים דיאלקטריים מודרניים משתפרים ככל שתעשיית החשמל מתפתחת. כיום, הטכנולוגיה ליצירת סוגים שונים של דיאלקטריים עברה מודרניזציה עד כדי כך שניתן ליצור דיאלקטריים זולים עם ביצועים גבוהים.
ביןהחומרים המבוקשים ביותר עם המאפיינים התואמים מעניינים במיוחד זכוכית ואמייל זכוכית. התקנה, אלקליין, מנורה, קבלים, סוגים אחרים של חומר זה הם חומרים בעלי מבנה אמורפי. כאשר מוסיפים לתערובת תחמוצות סידן ואלומיניום, אפשר לשפר את התכונות הדיאלקטריות של החומר ולהפחית את הסבירות להתמוטטות.
אימייל זכוכית הם חומרים שבהם מונחת שכבה דקה של זכוכית על משטח המתכת. טכנולוגיה זו מספקת הגנה אמינה מפני קורוזיה.
כל החומרים בעלי מאפייני בידוד חשמלי נמצאים בשימוש נרחב בטכנולוגיה מודרנית. אם מונעים תקלה דיאלקטרית בזמן, בהחלט ניתן למנוע נזק לציוד יקר.
