Läpilyöntilujuus

Dielektrinen lujuus määrittää eristeen kyvyn kestää siihen kohdistettua sähköjännitettä. Joten eristeen sähköinen voimakkuus ymmärretään sähkökentän voimakkuuden Epr keskimääräiseksi arvoksi, jolla eristeessä tapahtuu sähköinen rikkoutuminen.

Eristeen sähköinen hajoaminen on ilmiö, jossa tietyn materiaalin sähkönjohtavuus kasvaa jyrkästi siihen kohdistetun jännitteen vaikutuksesta, minkä jälkeen muodostuu johtava plasmakanava.

Sähköpurkausta nesteissä tai kaasuissa kutsutaan myös sähköpurkaukseksi. Itse asiassa tällainen purkaus muodostuu kondensaattorin purkausvirtamuodostuu elektrodeista, joihin syötetään läpilyöntijännite.

Tässä yhteydessä läpilyöntijännite Upr on jännite, jolla sähköinen läpilyönti alkaa, ja siksi dielektrinen lujuus voidaan selvittää seuraavalla kaavalla (jossa h on hajotettavan näytteen paksuus):

Epr = UNC/h

Ilmeisesti läpilyöntijännite kussakin erityistapauksessa liittyy tarkasteltavan dielektrisen aineen dielektriseen lujuuteen ja riippuu elektrodien välisen raon paksuudesta.Vastaavasti, kun elektrodien välinen rako kasvaa, myös läpilyöntijännitteen arvo kasvaa. Nestemäisissä ja kaasumaisissa eristeissä purkauksen kehittyminen hajoamisen aikana tapahtuu eri tavoin.

Kaasumaisten eristeiden dielektrisyys

Ionisaatio - prosessi, jossa neutraali atomi muunnetaan positiiviseksi tai negatiiviseksi ioniksi.

Kaasun eristeessä olevan suuren aukon purkamisessa seuraavat peräkkäin useita vaiheita:

1. Kaasuväliin ilmaantuu vapaa elektroni kaasumolekyylin fotoionisaation seurauksena, suoraan metallielektrodista tai vahingossa.

2. Rakoon ilmaantuvaa vapaata elektronia kiihdyttää sähkökenttä, elektronin energia kasvaa ja tulee lopulta riittäväksi ionisoimaan neutraalin atomin törmäyksessä sen kanssa. Eli tapahtuu iskuionisaatiota.

3. Monien iskuionisaatiotoimien seurauksena muodostuu ja kehittyy elektronivyöry.

4. Muodostuu streamer — plasmakanava, jonka muodostavat positiiviset ionit, jotka jäävät jäljelle lumivyöryn jälkeen, ja negatiiviset, jotka nyt vedetään positiivisesti varautuneeseen plasmaan.

5. Kapasitiivinen virta streamerin läpi aiheuttaa lämpöionisaation ja streameristä tulee johtava.

6. Kun poistokanava sulkee poistoraon, tapahtuu pääpurkaus.

Jos purkausrako on riittävän pieni, hajoamisprosessi voi päättyä jo lumivyöryn rikkoutumisvaiheessa tai streamerin muodostumisvaiheessa - kipinän vaiheessa.

Kaasujen sähkölujuus määräytyy:

• Elektrodien välinen etäisyys;

• Paine porattavassa kaasussa;

• Kaasumolekyylien affiniteetti elektroniin, kaasun elektronegatiivisuus.

Painesuhde selitetään seuraavasti. Kun kaasun paine kasvaa, sen molekyylien väliset etäisyydet pienenevät. Kiihdytyksen aikana elektronin on hankittava sama energia paljon lyhyemmällä vapaalla polulla, mikä riittää ionisoimaan atomin.

Tämä energia määräytyy elektronin nopeuden perusteella törmäyksen aikana, ja nopeus kehittyy kiihtyvyydestä johtuen elektroniin sähkökentästä vaikuttavasta voimasta, eli sen voimakkuudesta.

Paschen-käyrä näyttää kaasun läpilyöntijännitteen Upr riippuvuuden elektrodien välisen etäisyyden ja paineen tulosta — p * h. Esimerkiksi ilmalle p * h = 0,7 Pascal * metri, läpilyöntijännite on noin 330 volttia. Tämän arvon vasemmalla puolella oleva läpilyöntijännitteen kasvu johtuu siitä, että todennäköisyys elektronin törmäämisestä kaasumolekyyliin pienenee.

Elektroniaffiniteetti on joidenkin neutraalien molekyylien ja kaasuatomien kyky kiinnittää itseensä lisäelektroneja ja muuttua negatiivisiksi ioneiksi. Kaasuissa, joissa on korkea elektroniaffiniteettiatomit, elektronegatiivisissa kaasuissa elektronit tarvitsevat suuren kiihdytysenergian muodostaakseen lumivyöryn.

Tiedetään, että normaaleissa olosuhteissa eli normaalissa lämpötilassa ja paineessa ilman dielektrinen lujuus 1 cm:n raossa on noin 3000 V / mm, mutta paineessa 0,3 MPa (3 kertaa tavallista enemmän) saman ilman dielektrinen lujuus tulee lähelle 10 000 V / mm. SF6-kaasun, elektronegatiivisen kaasun, dielektrinen lujuus normaaleissa olosuhteissa on noin 8700 V/mm. Ja paineessa 0,3 MPa se saavuttaa 20 000 V / mm.

Nestemäisten eristeiden dielektrisyys

Mitä tulee nestemäisiin eristeisiin, niiden dielektrinen lujuus ei liity suoraan niiden kemialliseen rakenteeseen. Ja tärkein asia, joka vaikuttaa hajoamismekanismiin nesteessä, on sen molekyylien hyvin läheinen järjestely kaasuun verrattuna. Kaasuille tyypillinen iskuionisaatio on mahdotonta nestemäisessä eristeessä.

Törmäysionisaatioenergia on noin 5 eV, ja jos tämä energia ilmaistaan ​​sähkökentän voimakkuuden, elektronin varauksen ja keskimääräisen vapaan reitin tulona, ​​joka on noin 500 nanometriä, ja lasketaan sitten dielektrisyysvoimakkuus siitä. saada 10 000 000 V/mm , ja nesteiden todellinen sähkövoimakkuus vaihtelee välillä 20 000 - 40 000 V/mm.

Nesteiden dielektrinen lujuus riippuu itse asiassa kaasun määrästä noissa nesteissä. Myös dielektrinen lujuus riippuu niiden elektrodipintojen kunnosta, joihin jännite kohdistetaan. Hajoaminen nesteeksi alkaa pienten kaasukuplien hajoamisesta.

Kaasulla on paljon pienempi dielektrisyysvakio, joten kuplan jännite osoittautuu korkeammaksi kuin ympäröivässä nesteessä. Tässä tapauksessa kaasun dielektrinen lujuus on pienempi. Kuplapurkaukset johtavat kuplien kasvuun ja lopulta nesteen hajoaminen tapahtuu kuplien osittaisen purkauksen seurauksena.

Epäpuhtauksilla on tärkeä rooli nestemäisten eristeiden hajoamiskehitysmekanismissa. Harkitse esimerkiksi muuntajaöljyä. Noki ja vesi johtavina epäpuhtauksina vähentävät dielektristä lujuutta muuntaja öljyä.

Vaikka vesi ei yleensä sekoitu öljyn kanssa, sen pienimmät öljyssä olevat pisarat sähkökentän vaikutuksesta polarisoituvat, muodostavat piirejä, joiden sähkönjohtavuus on suurempi kuin ympäröivään öljyyn, ja seurauksena öljyn hajoaminen tapahtuu pitkin piiriä.

Nesteiden dielektrisen lujuuden määrittämiseksi laboratorio-olosuhteissa käytetään puolipallon muotoisia elektrodeja, joiden säde on useita kertoja suurempi kuin niiden välinen etäisyys. Elektrodien väliseen rakoon syntyy tasainen sähkökenttä. Tyypillinen etäisyys on 2,5 mm.

Muuntajaöljyn läpilyöntijännitteen tulee olla vähintään 50 000 volttia, ja sen parhaat näytteet eroavat 80 000 voltin läpilyöntijännitteen arvosta. Muista samalla, että iskuionisaatioteoriassa tämän jännitteen olisi pitänyt olla 2 000 000 - 3 000 000 volttia.

Joten nestemäisen eristeen dielektrisen lujuuden lisäämiseksi on välttämätöntä:

• Puhdista neste kiinteistä johtavista hiukkasista, kuten hiilestä, noesta jne.;

• Poista vesi dielektrisestä nesteestä;

• Desinfioi neste (evakuoi);

• Lisää nesteen painetta.

Kiinteiden eristeiden dielektrinen lujuus

Kiinteiden eristeiden dielektrinen lujuus on suhteessa aikaan, jonka aikana läpilyöntijännite kohdistetaan. Ja riippuen ajasta, jolloin jännite kohdistetaan dielektriseen, ja tuolloin tapahtuvista fysikaalisista prosesseista, ne erottavat:

• Sähkövika, joka tapahtuu sekunnin murto-osissa jännitteen kytkemisen jälkeen;

• Terminen romahdus, joka tapahtuu sekunneissa tai jopa tunneissa;

• Osittaisten päästöjen aiheuttama häiriö, altistusaika voi olla yli vuosi.

Kiinteän dielektrisen hajoamisen mekanismi koostuu kemiallisten sidosten tuhoutumisesta aineessa käytetyn jännitteen vaikutuksesta, jolloin aine muuttuu plasmaksi. Toisin sanoen voimme puhua kiinteän dielektrisen sähköisen lujuuden ja sen kemiallisten sidosten energian välisestä suhteesta.

Kiinteät dielektriset aineet ylittävät usein nesteiden ja kaasujen dielektrisen lujuuden, esimerkiksi eristyslasin sähkölujuus on noin 70 000 V/mm, polyvinyylikloridin 40 000 V/mm ja polyeteenin 30 000 V/mm.

Lämpövaurion syy on eristeen lämpeneminen dielektrinen häviökun tehohäviöenergia ylittää eristeen poistaman energian.

Lämpötilan noustessa kantoaaltojen lukumäärä kasvaa, johtavuus kasvaa, häviökulma kasvaa, ja siksi lämpötila nousee entisestään ja dielektrinen lujuus pienenee. Seurauksena on, että eristeen kuumenemisesta johtuen vikaantuminen tapahtuu pienemmällä jännitteellä kuin ilman lämmitystä, eli jos vika oli puhtaasti sähköinen.