Prima di considerare i meccanismi di rottura dei dielettrici, proviamo a scoprire le caratteristiche di questi materiali. I materiali isolanti elettrici sono sostanze che consentono di isolare parti di apparecchiature elettriche o elementi di circuiti che hanno potenziali elettrici diversi.
Caratteristiche dei materiali
Rispetto ai materiali conduttivi, gli isolanti hanno una resistenza elettrica significativamente maggiore. Una proprietà tipica di questi materiali è la creazione di potenti campi elettrici, nonché l'accumulo di energia. Questa proprietà è ampiamente utilizzata nei condensatori.
Classificazione
In base allo stato di aggregazione, tutti i materiali isolanti elettrici sono suddivisi in liquidi, gassosi, solidi. Il più grande è l'ultimo gruppo di dielettrici. Questi includono plastica, ceramica, materiali ad alto polimero.
A seconda della composizione chimica, i materiali isolanti elettrici si dividono in inorganici e organici.
Il carbonio funge da elemento chimico principale negli isolanti organici. Resiste alle temperature massimemateriali inorganici: ceramica, mica.
A seconda del metodo di ottenimento dei dielettrici, è consuetudine dividerli in sintetici e naturali (naturali). Ogni tipo ha determinate caratteristiche. Attualmente, le sostanze sintetiche sono un gruppo numeroso.
I materiali dielettrici solidi sono ulteriormente suddivisi in sottocategorie separate in base alla struttura, composizione, caratteristiche tecnologiche dei materiali. Ad esempio, ci sono cera, ceramica, minerali, isolanti in pellicola.
Tutti questi materiali sono caratterizzati da conducibilità elettrica. Nel tempo, tali sostanze mostrano una variazione del valore di corrente a causa di una diminuzione della corrente di assorbimento. Da un certo momento nel materiale isolante elettrico c'è solo una corrente di conduzione, dal cui valore dipendono le proprietà di questo materiale.
Caratteristiche del processo
Se l'intensità del campo elettrico è maggiore del limite di rigidità elettrica, si verifica un guasto dielettrico. Questo è il processo della sua distruzione. Porta alla perdita nel luogo di rottura da parte di tale materiale delle sue caratteristiche iniziali di isolamento elettrico.
La tensione di rottura è il valore al quale si verifica una rottura dielettrica.
La rigidità dielettrica è caratterizzata dal valore dell'intensità di campo.
La rottura dei dielettrici solidi è un processo elettrico o termico. Si basa su fenomeni che portano ad un aumento a valanga di materiali isolanti solidi del valorecorrente elettrica.
La rottura dei dielettrici solidi ha delle caratteristiche:
- assenza o debole dipendenza dalla temperatura e dal voltaggio del valore di conducibilità;
- rigidità elettrica di un materiale in campo uniforme, indipendentemente dallo spessore del materiale dielettrico utilizzato;
- limiti ristretti di resistenza meccanica;
- prima, la corrente aumenta in modo esponenziale e i guasti dei dielettrici solidi sono accompagnati da un brusco aumento della corrente;
- in un campo disomogeneo, questo processo si verifica in un luogo con un'intensità di campo massima.
Guasto termico
Appare quando ci sono grandi perdite dielettriche, quando il materiale è riscaldato da altre fonti di calore, quando l'energia termica è scarsamente rimossa. Tale rottura del dielettrico è accompagnata da un aumento della corrente elettrica a seguito di una forte diminuzione della resistenza nell'area in cui la conduzione del calore è compromessa. Un processo simile si osserva fino a quando non si verifica la completa distruzione termica del dielettrico nel punto indebolito. Ad esempio, il materiale isolante elettrico solido originale si scioglierà.
Segni
Il guasto dielettrico ha delle caratteristiche:
- si verifica in un luogo in cui il calore viene rimosso dall'ambiente di scarsa qualità;
- la tensione di rottura diminuisce all'aumentare della temperatura ambiente;
- La rigidità elettrica è inversamente proporzionale allo spessore del dielettricolivello.
Caratteristiche generali
Descriviamo i principali tipi di rottura dei dielettrici. L'essenza del processo sta nella perdita di materiale isolante elettrico delle sue caratteristiche quando viene superato il valore critico dell'intensità del campo elettrico. Esistono diversi tipi di questo processo:
- guasto elettrico del dielettrico;
- processo termico;
- invecchiamento elettrochimico.
La variante elettrica si verifica come risultato della ionizzazione per impatto da parte di elettroni negativi, che appaiono in un potente campo elettrico. Questo processo è accompagnato da un forte aumento della densità di corrente.
Il motivo del processo termico nell'isolante è un aumento della quantità di calore generata dal sistema a causa degli effetti della conduttività elettrica o come risultato di perdite dielettriche. Il risultato di tale guasto è la distruzione termica del materiale isolante elettrico.
Quando la tensione di rottura dei dielettrici cambia, si verificano trasformazioni nella struttura del materiale isolante elettrico e cambia anche la composizione chimica del dielettrico. Di conseguenza, si osserva una diminuzione irreversibile della resistenza di isolamento. In questo caso si verifica l'invecchiamento elettrico del dielettrico.
In un mezzo gassoso
Come si verifica la rottura dei dielettrici gassosi? A causa delle radiazioni cosmiche e radioattive, c'è un piccolo numero di particelle cariche nei traferri. C'è un'accelerazione di elettroni negativi nel campo, a seguito della quale acquisiscono energia aggiuntiva, il cui valore dipende direttamente dall'intensità del campo elunghezza media del percorso della particella prima della collisione. Ad un valore di intensità significativo, si osserva un aumento del flusso di elettroni, che provoca la rottura del gap. Questo processo è influenzato da diversi fattori. La più importante di queste è l'opzione campo. Esiste una relazione diretta tra la forza elettrica del gas e la pressione e la temperatura.
Mezzo liquido
La rottura dei dielettrici liquidi è correlata alla purezza del materiale isolante elettrico. Ci sono tre gradi:
- contenuto di impurità meccaniche solide e acqua emulsionata nel dielettrico;
- pulizia tecnicamente;
- pulito e degassato a fondo.
Nei dielettrici liquidi accuratamente puliti, esiste solo una versione elettrica del guasto. A causa della differenza significativa nelle densità del liquido e del gas, la lunghezza del percorso dell'elettrone diminuisce, il che porta ad un aumento della tensione di rottura.
Nella moderna industria dell'energia elettrica, vengono utilizzati tipi tecnicamente puri di dielettrici liquidi, è consentita solo una leggera presenza di impurità in essi.
Si tenga presente che anche la minima quantità di emulsione acquosa nel materiale isolante elettrico liquido provoca una forte riduzione della rigidità elettrica.
Quindi, la rigidità dielettrica e la rottura dei dielettrici sono grandezze correlate. Consideriamo il meccanismo di rottura in un mezzo liquido. Gocce di emulsione d'acqua vengono polarizzate in un campo elettrico, quindi cadono nello spazio tra gli elettrodi polari. Qui si deformano, si fondono e si formano ponti,con poca resistenza elettrica. È su di loro che si verifica il test. L'aspetto dei ponti provoca una significativa riduzione della resistenza dell'olio.
Caratteristiche dei materiali isolanti elettrici
I tipi considerati di rottura dei dielettrici solidi hanno trovato la loro applicazione nella moderna ingegneria elettrica.
Tra i materiali dielettrici liquidi e semiliquidi attualmente utilizzati nella tecnologia, oli per trasformatori e condensatori, oltre ai fluidi sintetici: sovtol, sovol.
Gli oli minerali sono ottenuti dalla distillazione frazionata del greggio. Tra i loro tipi individuali ci sono differenze di viscosità, caratteristiche elettriche.
Ad esempio, gli oli per cavi e condensatori sono altamente raffinati, quindi hanno eccellenti caratteristiche dielettriche. I liquidi sintetici non infiammabili sono sovtol e sovol. Per ottenere il primo si effettua una reazione di clorurazione del difenile cristallino. Questo liquido viscoso trasparente è tossico e può irritare la mucosa, quindi, quando si lavora con un tale dielettrico, è necessario osservare attentamente le precauzioni.
Sovtol è una miscela di triclorobenzene e sovol, quindi questo materiale isolante elettrico è caratterizzato da una viscosità inferiore.
Entrambi i fluidi sintetici vengono utilizzati per impregnare i moderni condensatori di carta installati in dispositivi industriali CA e CC.
Biologicoi materiali dielettrici ad alto polimero sono composti da molte molecole di monomeri. Ambra, gomma naturale, ha elevate caratteristiche dielettriche.
I materiali cerosi come ceresina e paraffina hanno un punto di fusione distinto. Tali dielettrici hanno una struttura policristallina.
Nella moderna ingegneria elettrica, le materie plastiche, che sono materiali compositi, sono molto richieste. Contengono polimeri, resine, coloranti, agenti stabilizzanti e componenti plastificanti. In base alla loro relazione con il calore, sono classificati in materiali termoplastici e termoindurenti.
Per i lavori in aria viene utilizzato cartone elettrico, che ha una struttura più densa rispetto al materiale convenzionale.
Tra i materiali isolanti elettrici stratificati con caratteristiche dielettriche, segnaliamo textolite, getinaks, fibra di vetro. Questi laminati, che utilizzano resine siliconiche o resiliche come leganti, sono eccellenti dielettrici.
Cause del fenomeno
Ci sono vari motivi per la rottura dei dielettrici. Pertanto, non esiste ancora una teoria universale che possa spiegare completamente questo processo fisico. Indipendentemente dall'opzione di isolamento, in caso di guasto, si forma un canale di conduttività speciale, la cui entità porta a un cortocircuito in questo dispositivo elettrico. Quali sono le conseguenze di un simile processo? C'è un' alta probabilità di un'emergenza, a seguito della qualedispositivo elettrico sarà messo fuori servizio.
A seconda del sistema di isolamento, il guasto può avere manifestazioni diverse. Per i dielettrici solidi, il canale mantiene una conduttività significativa anche dopo lo spegnimento della corrente. I materiali isolanti elettrici gassosi e liquidi sono caratterizzati da un'elevata mobilità degli elettroni carichi. Pertanto, si verifica un ripristino istantaneo del canale di rottura dovuto a una variazione di tensione.
Nei liquidi, la rottura è causata da vari processi. Innanzitutto, nello spazio tra gli elettrodi si formano disomogeneità ottiche, in questi punti il liquido perde la sua trasparenza. La teoria di A. Gemant considera la rottura di un dielettrico liquido come un'emulsione. Secondo i calcoli effettuati dagli scienziati, a causa dell'azione di un campo elettrico, le gocce di umidità assumono la forma di un dipolo allungato. Nel caso di un'elevata intensità di campo, si combinano, il che contribuisce alla scarica nel canale formato.
Durante numerosi esperimenti, è stato scoperto che se c'è un gas nel liquido, con un forte aumento della tensione, appariranno delle bolle prima della rottura. Allo stesso tempo, la tensione di rottura di tali liquidi diminuisce al diminuire della pressione o all'aumentare della temperatura.
Conclusione
I materiali dielettrici moderni stanno migliorando con lo sviluppo dell'industria elettrica. Allo stato attuale, la tecnologia per la creazione di vari tipi di dielettrici è stata così modernizzata che è possibile creare dielettrici economici con prestazioni elevate.
TraI materiali più richiesti con le caratteristiche corrispondenti sono di particolare interesse per vetri e sm alti per vetro. Installazione, alcalino, lampada, condensatore, altri tipi di questo materiale sono sostanze di una struttura amorfa. Quando alla miscela vengono aggiunti ossidi di calcio e di alluminio, è possibile migliorare le proprietà dielettriche del materiale e ridurre la probabilità di rottura.
Gli sm alti per vetro sono materiali in cui un sottile strato di vetro si deposita sulla superficie del metallo. Questa tecnologia fornisce una protezione affidabile contro la corrosione.
Tutti i materiali con caratteristiche di isolamento elettrico sono ampiamente utilizzati nella tecnologia moderna. Se la rottura del dielettrico viene prevenuta in tempo, è del tutto possibile prevenire danni a costose apparecchiature.
