Dielektrinis stiprumas

Dielektriko stipris lemia dielektriko gebėjimą atlaikyti jam taikomą elektros įtampą. Taigi, dielektriko elektrinis stipris suprantamas kaip vidutinė elektrinio lauko stiprio Epr vertė, kuriai esant dielektrike įvyksta elektrinis gedimas.

Dielektriko elektrinis gedimas yra staigus tam tikros medžiagos elektrinio laidumo padidėjimas veikiant jai įtampai, po kurio susidaro laidus plazmos kanalas.

Elektros gedimas skysčiuose ar dujose taip pat vadinamas elektros iškrova. Tiesą sakant, susidaro tokia iškrova kondensatoriaus iškrovos srovėsudaryti iš elektrodų, kuriems taikoma gedimo įtampa.

Šiame kontekste gedimo įtampa Upr yra įtampa, nuo kurios prasideda elektros gedimas, todėl dielektrinį stiprumą galima rasti naudojant šią formulę (kur h yra suskaidomo mėginio storis):

Epr = UNC/val

Akivaizdu, kad bet kuriuo konkrečiu atveju gedimo įtampa yra susijusi su nagrinėjamo dielektriko dielektriniu stipriu ir priklauso nuo tarpo tarp elektrodų storio.Atitinkamai, didėjant tarpui tarp elektrodų, didėja ir gedimo įtampos vertė. Skystuose ir dujiniuose dielektrikuose iškrova gedimo metu vystosi įvairiais būdais.

Dujinių dielektrikų dielektrinis stipris

Jonizacija – neutralaus atomo pavertimo teigiamu arba neigiamu jonu procesas.

Išardant didelį dujų dielektriko tarpą, vienas po kito seka keli etapai:

1. Dujų tarpelyje atsiranda laisvas elektronas dėl dujų molekulės fotojonizacijos tiesiai nuo metalinio elektrodo arba atsitiktinai.

2. Tarpelyje atsiradęs laisvasis elektronas pagreitinamas elektrinio lauko, elektrono energija didėja ir ilgainiui tampa pakankama jonizuoti neutralų atomą susidūrus su juo. Tai yra, atsiranda smūginė jonizacija.

3. Dėl daugelio smūginės jonizacijos veiksmų susidaro ir vystosi elektronų lavina.

4. Susidaro streameris — plazmos kanalas, kurį sudaro teigiami jonai, likę po elektronų lavinos, ir neigiami, kurie dabar patenka į teigiamai įkrautą plazmą.

5. Talpinė srovė per srovę sukelia šiluminę jonizaciją ir srovelė tampa laidi.

6. Kai išleidimo tarpas uždaromas išleidimo kanalu, įvyksta pagrindinis iškrovimas.

Jei iškrovos tarpas yra pakankamai mažas, tada gedimo procesas gali baigtis jau lavinos gedimo stadijoje arba srovių susidarymo stadijoje - kibirkšties stadijoje.

Dujų elektrinis stiprumas nustatomas pagal:

• Atstumas tarp elektrodų;

• Slėgis gręžiamose dujose;

• Dujų molekulių giminingumas elektronui, dujų elektronegatyvumas.

Slėgio santykis paaiškinamas taip. Didėjant slėgiui dujose, atstumai tarp jų molekulių mažėja. Pagreičio metu elektronas turi įgyti tokią pat energiją daug trumpesniu laisvu keliu, kurio pakaktų atomui jonizuoti.

Šią energiją lemia elektrono greitis susidūrimo metu, o greitis išsivysto dėl pagreičio nuo jėgos, veikiančios elektroną iš elektrinio lauko, tai yra dėl jo stiprumo.

Pascheno kreivė rodo skilimo įtampos Upr dujose priklausomybę nuo atstumo tarp elektrodų ir slėgio sandaugos — p * h. Pavyzdžiui, orui esant p * h = 0,7 Pascal * metras, gedimo įtampa yra apie 330 voltų. Skaldymo įtampos padidėjimas į kairę nuo šios vertės atsiranda dėl to, kad mažėja elektrono susidūrimo su dujų molekule tikimybė.

Elektronų giminingumas – tai kai kurių neutralių molekulių ir dujų atomų gebėjimas prie savęs prijungti papildomus elektronus ir tapti neigiamais jonais. Dujose, turinčiose didelį elektronų giminingumo atomus, elektronų neigiamose dujose elektronams reikia didelės greitėjimo energijos, kad susidarytų lavina.

Yra žinoma, kad normaliomis sąlygomis, ty esant normaliai temperatūrai ir slėgiui, oro dielektrinis stipris 1 cm tarpelyje yra maždaug 3000 V / mm, tačiau esant 0,3 MPa slėgiui (3 kartus daugiau nei įprastai) to paties oro dielektrinis stipris tampa artimas 10 000 V / mm. SF6 dujų, elektronneigiamų dujų, dielektrinis stipris normaliomis sąlygomis yra maždaug 8700 V/mm. O esant 0,3 MPa slėgiui, jis pasiekia 20 000 V / mm.

Skystų dielektrikų dielektrinis stipris

Kalbant apie skystus dielektrikus, jų dielektrinis stiprumas nėra tiesiogiai susijęs su jų chemine struktūra. Ir pagrindinis dalykas, turintis įtakos skilimo skystyje mechanizmui, yra labai artimas, palyginti su dujomis, molekulių išdėstymas. Smūgio jonizacija, būdinga dujoms, skystame dielektrike neįmanoma.

Smūgio jonizacijos energija yra maždaug 5 eV, ir jei šią energiją išreiškiame kaip elektrinio lauko stiprio, elektrono krūvio ir vidutinio laisvojo kelio sandaugą, kuri yra apie 500 nanometrų, ir iš to apskaičiuojame dielektrinį stiprumą. gauti 10 000 000 V/mm, o realus skysčių elektrinis stiprumas svyruoja nuo 20 000 iki 40 000 V/mm.

Skysčių dielektrinė stipris iš tikrųjų priklauso nuo tuose skysčiuose esančių dujų kiekio. Taip pat dielektrinis stipris priklauso nuo elektrodų paviršių, kuriems taikoma įtampa, būklės. Skilimas į skystį prasideda nuo mažų dujų burbuliukų skilimo.

Dujos turi daug mažesnę dielektrinę konstantą, todėl įtampa burbule yra didesnė nei aplinkiniame skystyje. Šiuo atveju dujų dielektrinis stipris yra mažesnis. Išsiskyrimas iš burbuliukų sukelia burbuliukų augimą, o galiausiai dėl dalinio išmetimo burbuluose susidaro skystis.

Priemaišos vaidina svarbų vaidmenį skystų dielektrikų skilimo vystymosi mechanizme. Apsvarstykite, pavyzdžiui, transformatorių alyvą. Suodžiai ir vanduo, kaip laidžios priemaišos, mažina dielektrinį stiprumą transformatorinė alyva.

Nors vanduo dažniausiai nesimaišo su aliejumi, tačiau mažiausi jo lašeliai alyvoje, veikiant elektriniam laukui, poliarizuojasi, sudaro grandines, kurių elektros laidumas yra didesnis, lyginant su aplinkine alyva, ir dėl to grandinėje vyksta alyvos skilimas.

Skysčių dielektriniam stipriui laboratorinėmis sąlygomis nustatyti naudojami pusrutulio formos elektrodai, kurių spindulys kelis kartus didesnis už atstumą tarp jų. Tarpe tarp elektrodų sukuriamas tolygus elektrinis laukas. Įprastas atstumas yra 2,5 mm.

Transformatoriaus alyvos gedimo įtampa turi būti ne mažesnė kaip 50 000 voltų, o geriausi jos pavyzdžiai skiriasi 80 000 voltų gedimo įtampos verte. Tuo pačiu metu atminkite, kad smūginės jonizacijos teorijoje ši įtampa turėjo būti 2 000 000–3 000 000 voltų.

Taigi, norint padidinti skysto dielektriko dielektrinį stiprumą, būtina:

• Išvalykite skystį nuo kietų laidžių dalelių, tokių kaip anglis, suodžiai ir kt.;

• Pašalinkite vandenį iš dielektrinio skysčio;

• Dezinfekuokite skystį (evakuokite);

• Padidinkite skysčio slėgį.

Kietųjų dielektrikų dielektrinis stipris

Kietųjų dielektrikų dielektrinis stipris yra susijęs su laiku, per kurį veikia gedimo įtampa. Ir priklausomai nuo laiko, kai dielektrikui tiekiama įtampa, ir nuo tuo metu vykstančių fizinių procesų, jie išskiria:

• Elektros gedimas, kuris įvyksta per kelias sekundes po įtampos prijungimo;

• Terminis kolapsas, kuris įvyksta per kelias sekundes ar net valandas;

• Gedimas dėl dalinių išmetimų, poveikio laikas gali būti ilgesnis nei metai.

Kietojo dielektriko skilimo mechanizmas susideda iš cheminių jungčių sunaikinimo medžiagoje, veikiant įtampai, paverčiant medžiagą plazma. Tai yra, galime kalbėti apie proporcingumą tarp kietojo dielektriko elektrinio stiprumo ir jo cheminių ryšių energijos.

Kietieji dielektrikai dažnai viršija skysčių ir dujų dielektrinį stiprumą, pavyzdžiui, izoliacinio stiklo elektrinis stipris yra apie 70 000 V/mm, polivinilchlorido – 40 000 V/mm, polietileno – 30 000 V/mm.

Šiluminio gedimo priežastis yra dielektriko įkaitimas dėl dielektriniai nuostoliaikai galios nuostolių energija viršija dielektriko pašalintą energiją.

Kylant temperatūrai, didėja nešiklių skaičius, didėja laidumas, didėja nuostolių kampas, todėl temperatūra dar labiau didėja ir dielektrinis stipris mažėja. Dėl to dėl dielektriko įkaitimo atsirandantis gedimas įvyksta esant žemesnei įtampai nei be šildymo, tai yra, jei gedimas buvo grynai elektrinis.