Ennen kuin tarkastelemme eristeiden hajoamismekanismeja, yritetään selvittää näiden materiaalien ominaisuuksia. Sähköeristysmateriaalit ovat aineita, joiden avulla voit eristää sähkölaitteiden osia tai piirielementtejä, joilla on erilaiset sähköpotentiaalit.
Materiaalien ominaisuudet
Johtaviin materiaaleihin verrattuna eristimillä on huomattavasti suurempi sähkövastus. Näiden materiaalien tyypillinen ominaisuus on voimakkaiden sähkökenttien luominen sekä energian kerääntyminen. Tätä ominaisuutta käytetään laaj alti kondensaattoreissa.
Luokittelu
Aggregaatiotilan mukaan kaikki sähköeristysmateriaalit jaetaan nestemäisiin, kaasumaisiin ja kiinteisiin. Suurin on viimeinen eristeryhmä. Näitä ovat muovit, keramiikka, korkeapolymeeriset materiaalit.
Kemiallisesta koostumuksesta riippuen sähköeristysmateriaalit jaetaan epäorgaanisiin ja orgaanisiin.
Hiili toimii orgaanisten eristeiden pääasiallisena kemiallisena alkuaineena. Maksimilämpötilat kestävätepäorgaaniset materiaalit: keramiikka, kiille.
Eristeiden hankintamenetelmästä riippuen on tapana jakaa ne synteettisiin ja luonnollisiin (luonnollisiin). Jokaisella tyypillä on tiettyjä ominaisuuksia. Tällä hetkellä synteettiset aineet ovat suuri ryhmä.
Kiinteät dielektriset materiaalit jaetaan edelleen erillisiin alakategorioihin materiaalien rakenteen, koostumuksen ja teknisten ominaisuuksien mukaan. On esimerkiksi vaha-, keraami-, mineraali- ja kalvoeristeitä.
Kaikille näille materiaaleille on ominaista sähkönjohtavuus. Ajan myötä tällaiset aineet osoittavat muutosta virran arvossa absorptiovirran vähenemisen vuoksi. Tietystä hetkestä lähtien sähköeristysmateriaalissa on vain johtavuusvirta, jonka arvosta tämän materiaalin ominaisuudet riippuvat.
Prosessiominaisuudet
Jos sähkökentän voimakkuus on suurempi kuin sähkön voimakkuuden raja, tapahtuu dielektrinen hajoaminen. Tämä on sen tuhoutumisprosessi. Se johtaa sen alkuperäisten sähköeristysominaisuuksien menetykseen sellaisen materiaalin aiheuttaman hajoamisen kohdalla.
Hajotusjännite on arvo, jolla dielektrinen hajoaminen tapahtuu.
Dielektristä voimakkuutta kuvaa kentänvoimakkuuden arvo.
Kiinteiden eristeiden hajoaminen on sähkö- tai lämpöprosessi. Se perustuu ilmiöihin, jotka johtavat arvokkaiden kiinteiden eristemateriaalien lumivyöryynsähkövirta.
Kiinteiden eristeiden hajoamisella on tyypillisiä piirteitä:
- johtavuusarvon puuttuminen tai heikko riippuvuus lämpötilasta ja jännitteestä;
- materiaalin sähkölujuus tasaisessa kentässä riippumatta käytetyn dielektrisen materiaalin paksuudesta;
- mekaanisen lujuuden kapeat rajat;
- ensinkin virta kasvaa eksponentiaalisesti, ja kiinteiden eristeiden hajoamiseen liittyy äkillinen virran kasvu;
- epähomogeenisessa kentässä tämä prosessi tapahtuu paikassa, jossa on suurin kenttävoimakkuus.
Lämpöhäiriö
Ilmenee, kun on suuria dielektrisiä häviöitä, kun materiaalia lämmitetään muilla lämmönlähteillä, kun lämpöenergia poistetaan huonosti. Tällaiseen eristeen hajoamiseen liittyy sähkövirran kasvu, joka johtuu resistanssin jyrkästä laskusta alueella, jossa lämmönjohtavuus on heikentynyt. Samanlainen prosessi havaitaan, kunnes heikennetyssä paikassa tapahtuu eristeen täydellinen lämpötuho. Esimerkiksi alkuperäinen kiinteä sähköeristysmateriaali sulaa.
kyltit
Dielektrisellä rikkoutumisella on tyypillisiä piirteitä:
- esiintyy paikassa, jossa lämpö poistuu ympäristöön huonosti;
- läpimurtojännite laskee ympäristön lämpötilan noustessa;
- sähkövoima on kääntäen verrannollinen eristeen paksuuteenkerros.
Yleiset ominaisuudet
Kaavailoidaan eristeiden pääasialliset hajoamistyypit. Prosessin ydin on sähköeristysmateriaalin ominaisuuksien häviäminen, kun sähkökentän voimakkuuden kriittinen arvo ylittyy. Tätä prosessia on useita tyyppejä:
- eristeen sähköinen hajoaminen;
- lämpöprosessi;
- sähkökemiallinen ikääntyminen.
Sähköinen muunnelma syntyy negatiivisten elektronien iskuionisaation seurauksena, ja se ilmaantuu voimakkaassa sähkökentässä. Tähän prosessiin liittyy virrantiheyden voimakas kasvu.
Syy eristimen lämpöprosessiin on järjestelmän tuottaman lämmön määrän kasvu sähkönjohtavuuden vaikutuksesta tai dielektristen häviöiden seurauksena. Tällaisen rikkoutumisen seurauksena sähköeristysmateriaali tuhoutuu lämpöisesti.
Kun eristeiden läpilyöntijännite muuttuu, sähköeristeen rakenteessa tapahtuu muutoksia ja myös eristeen kemiallinen koostumus muuttuu. Tämän seurauksena havaitaan peruuttamaton eristysvastuksen lasku. Tässä tapauksessa tapahtuu eristeen sähköistä vanhenemista.
Kaasumaisessa väliaineessa
Miten kaasumaisten eristeiden hajoaminen tapahtuu? Kosmisen ja radioaktiivisen säteilyn vuoksi ilma-aukoissa on pieni määrä varautuneita hiukkasia. Kentässä on negatiivisten elektronien kiihtyvyys, jonka seurauksena ne hankkivat lisäenergiaa, jonka arvo riippuu suoraan kentän voimakkuudesta jahiukkasen keskipituus ennen törmäystä. Merkittävällä intensiteettiarvolla havaitaan elektronivirran kasvua, mikä aiheuttaa raon rikkoutumisen. Tähän prosessiin vaikuttavat useat tekijät. Näistä tärkein on kenttävaihtoehto. Kaasun sähköisen lujuuden sekä paineen ja lämpötilan välillä on suora yhteys.
Nestemäinen väliaine
Nestemäisten eristeiden hajoaminen liittyy sähköä eristävän materiaalin puhtauteen. On kolme astetta:
- kiinteiden mekaanisten epäpuhtauksien ja emulsioveden pitoisuus eristeessä;
- teknisesti puhdas;
- puhdistettu perusteellisesti ja kaasut poistettu.
Huolellisesti puhdistetuissa nestemäisissä eristeissä on vain sähköinen versio rikkoutumisesta. Nesteen ja kaasun tiheyksien merkittävästä erosta johtuen elektronien polun pituus pienenee, mikä johtaa läpilyöntijännitteen kasvuun.
Nykyaikaisessa sähköteollisuudessa käytetään teknisesti puhtaita nestemäisiä dielektrisiä aineita, joissa vain vähäinen epäpuhtauksien esiintyminen on sallittua.
On otettava huomioon, että pienikin määrä emulsiovettä nestemäisessä sähköeristemateriaalissa aiheuttaa voimakkaan sähkölujuuden laskun.
Siksi eristelujuus ja eristeiden hajoaminen ovat toisiinsa liittyviä suureita. Tarkastellaan hajoamismekanismia nestemäisessä väliaineessa. Emulsiovesipisarat polarisoituvat sähkökentässä ja putoavat sitten napaelektrodien väliseen tilaan. Täällä ne muotoutuvat, sulautuvat ja muodostuu siltoja,pienellä sähkövastuksella. Heillä testi tapahtuu. Siltojen esiintyminen heikentää merkittävästi öljyn lujuutta.
Sähköeristysmateriaalien ominaisuudet
Kiinteän dielektriikassa harkitut hajoamistyypit ovat löytäneet sovelluksensa nykyaikaisessa sähkötekniikassa.
Tekniikassa tällä hetkellä käytettävistä nestemäisistä ja puolinestemäisistä dielektrisistä materiaaleista muuntaja- ja kondensaattoriöljyt sekä synteettiset nesteet: sovtol, sovol.
Mineraaliöljyjä saadaan raakaöljyn jakotislauksesta. Niiden yksittäisten tyyppien välillä on eroja viskositeetissa ja sähköisissä ominaisuuksissa.
Esimerkiksi kaapeli- ja kondensaattoriöljyt ovat pitkälle jalostettuja, joten niillä on erinomaiset dielektriset ominaisuudet. Palamattomia synteettisiä nesteitä ovat sovtol ja sovol. Ensimmäisen saamiseksi suoritetaan kiteisen difenyylin kloorausreaktio. Tämä läpinäkyvä viskoosi neste on myrkyllistä ja voi ärsyttää limakalvoa, joten varotoimenpiteitä on noudatettava huolellisesti työskennellessäsi tällaisen dielektrisen aineen kanssa.
Sovtol on triklooribentseenin ja sovolin seos, joten tälle sähköeristemateriaalille on ominaista alhaisempi viskositeetti.
Molempia synteettisiä nesteitä käytetään teollisuuden AC- ja DC-laitteisiin asennettujen nykyaikaisten paperikondensaattoreiden kyllästämiseen.
Organickorkeapolymeeriset dielektriset materiaalit koostuvat monista monomeerimolekyyleistä. Meripihka, luonnonkumi, jolla on korkeat dielektriset ominaisuudet.
Vahamaisilla materiaaleilla, kuten seresiinillä ja parafiinilla, on selkeä sulamispiste. Tällaisilla dielektreillä on monikiteinen rakenne.
Nykyaikaisessa sähkötekniikassa muovit, jotka ovat komposiittimateriaaleja, ovat kysyttyjä. Ne sisältävät polymeerejä, hartseja, väriaineita, stabilointiaineita sekä pehmentäviä komponentteja. Lämpösuhteensa mukaan ne luokitellaan kestomuovi- ja lämpökovettuviin materiaaleihin.
Ilmatyössä käytetään sähköpahvia, jonka rakenne on tavanomaiseen materiaaliin verrattuna tiheämpi.
Kerroksellisista sähköeristysmateriaaleista, joilla on dielektriset ominaisuudet, korostamme tekstioliittia, getinaksia ja lasikuitua. Nämä laminaatit, joissa käytetään sideaineena silikoni- tai resolihartseja, ovat erinomaisia dielektrisiä aineita.
Ilmiön syyt
Dielektriikan hajoamiseen on useita syitä. Siksi ei vieläkään ole olemassa universaalia teoriaa, joka selittäisi täysin tämän fyysisen prosessin. Riippumatta eristysvaihtoehdosta, rikkoutuessa muodostuu erityisen johtavuuden kanava, jonka suuruus johtaa oikosulkuun tässä sähkölaitteessa. Mitä seurauksia tällaisella prosessilla on? Hätätilanteen todennäköisyys on suuri, minkä seurauksenasähkölaite poistetaan käytöstä.
Eristejärjestelmästä riippuen häiriö voi ilmetä eri tavoin. Kiinteillä eristeillä kanava säilyttää merkittävän johtavuuden myös virran katkaisemisen jälkeen. Kaasumaisille ja nestemäisille sähköeristysmateriaaleille on ominaista varautuneiden elektronien korkea liikkuvuus. Siksi katkeamiskanava palautuu välittömästi jännitteen muutoksen vuoksi.
Nesteissä hajoaminen johtuu useista prosesseista. Ensinnäkin elektrodien väliseen tilaan muodostuu optisia epähomogeenisuuksia, joissa neste menettää läpinäkyvyytensä. A. Gemantin teoria pitää nestemäisen dielektrisen aineen hajoamista emulsiona. Tutkijoiden suorittamien laskelmien mukaan sähkökentän vaikutuksesta kosteuspisarat ovat pitkänomaisen dipolin muodossa. Suuren kentänvoimakkuuden tapauksessa ne yhdistyvät, mikä edistää purkausta muodostuneessa kanavassa.
Useita kokeita suoritettaessa havaittiin, että jos nesteessä on kaasua, jännitteen noustessa jyrkästi ilmaantuu kuplia ennen hajoamista. Samanaikaisesti tällaisten nesteiden läpilyöntijännite laskee paineen laskeessa tai lämpötilan noustessa.
Johtopäätös
Nykyaikaiset dielektriset materiaalit paranevat sähköteollisuuden kehittyessä. Tällä hetkellä erilaisten eristeiden luomistekniikka on niin modernisoitu, että on mahdollista luoda edullisia eristeitä, joilla on korkea suorituskyky.
MuissaVaatimimmat materiaalit vastaavilla ominaisuuksilla kiinnostavat erityisesti lasia ja lasiemalleja. Asennus, alkali, lamppu, kondensaattori, muut tämän materiaalin tyypit ovat amorfisen rakenteen aineita. Kun seokseen lisätään kalsium- ja alumiinioksideja, on mahdollista parantaa materiaalin dielektrisiä ominaisuuksia ja vähentää hajoamisen todennäköisyyttä.
Lasimaalit ovat materiaaleja, joiden metallipinnalle kerrostuu ohut lasikerros. Tämä tekniikka tarjoaa luotettavan suojan korroosiota vastaan.
Kaikki materiaaleja, joilla on sähköeristysominaisuudet, käytetään laaj alti modernissa tekniikassa. Jos eristeen rikkoutuminen estetään ajoissa, on täysin mahdollista estää kalliiden laitteiden vaurioituminen.