Bevor wir uns mit den Durchbruchmechanismen von Dielektrika befassen, wollen wir versuchen, die Eigenschaften dieser Materialien herauszufinden. Elektroisoliermaterialien sind Substanzen, mit denen Sie Teile elektrischer Geräte oder Sch altungselemente isolieren können, die unterschiedliche elektrische Potentiale haben.
Materialeigenschaften
Isolatoren haben im Vergleich zu leitfähigen Materialien einen deutlich höheren elektrischen Widerstand. Eine typische Eigenschaft dieser Materialien ist die Erzeugung starker elektrischer Felder sowie die Akkumulation von Energie. Diese Eigenschaft wird häufig in Kondensatoren verwendet.
Klassifizierung
Alle elektrischen Isolierstoffe werden nach dem Aggregatzustand in flüssig, gasförmig, fest eingeteilt. Die größte ist die letzte Gruppe von Dielektrika. Dazu gehören Kunststoffe, Keramiken, hochpolymere Materialien.
Je nach chemischer Zusammensetzung werden Elektroisolierstoffe in anorganisch und organisch eingeteilt.
Kohlenstoff ist das wichtigste chemische Element in organischen Isolatoren. Höchsttemperaturen standh altenanorganische Materialien: Keramik, Glimmer.
Je nach Methode zur Gewinnung von Dielektrika ist es üblich, sie in synthetisch und natürlich (natürlich) zu unterteilen. Jeder Typ hat bestimmte Eigenschaften. Derzeit sind synthetische Substanzen eine große Gruppe.
Feste dielektrische Materialien werden je nach Struktur, Zusammensetzung und technologischen Eigenschaften der Materialien in separate Unterkategorien unterteilt. Beispielsweise gibt es Wachs-, Keramik-, Mineral-, Folienisolatoren.
Alle diese Materialien zeichnen sich durch elektrische Leitfähigkeit aus. Im Laufe der Zeit zeigen solche Substanzen eine Änderung des Stromwerts aufgrund einer Abnahme des Absorptionsstroms. Ab einem bestimmten Zeitpunkt fließt im elektrischen Isolierstoff nur noch ein Leitungsstrom, von dessen Wert die Eigenschaften dieses Materials abhängen.
Prozessmerkmale
Wenn die elektrische Feldstärke größer als die Spannungsfestigkeitsgrenze ist, tritt ein dielektrischer Durchschlag auf. Dies ist der Prozess seiner Zerstörung. Es führt zum Verlust der anfänglichen elektrischen Isolationseigenschaften an der Stelle des Durchbruchs durch solches Material.
Durchschlagsspannung ist der Wert, bei dem ein dielektrischer Durchschlag auftritt.
Durchschlagsfestigkeit wird durch den Wert der Feldstärke charakterisiert.
Der Zusammenbruch fester Dielektrika ist ein elektrischer oder thermischer Prozess. Sie basiert auf Phänomenen, die zu einer Lawinensteigerung des Wertes fester Dämmstoffe führenelektrischer Strom.
Der Zusammenbruch fester Dielektrika hat charakteristische Merkmale:
- keine oder schwache Abhängigkeit des Leitfähigkeitswertes von Temperatur und Spannung;
- elektrische Festigkeit eines Materials in einem einheitlichen Feld, unabhängig von der Dicke des verwendeten dielektrischen Materials;
- enge Grenzen der mechanischen Festigkeit;
- erstens steigt der Strom exponentiell an, und Durchbrüche von festen Dielektrika werden von einem abrupten Anstieg des Stroms begleitet;
- in einem inhomogenen Feld findet dieser Vorgang an einer Stelle mit maximaler Feldstärke statt.
Thermischer Zusammenbruch
Es erscheint bei großen dielektrischen Verlusten, wenn das Material durch andere Wärmequellen erhitzt wird, wenn die Wärmeenergie schlecht abgeführt wird. Ein solcher Durchschlag des Dielektrikums geht mit einem Anstieg des elektrischen Stroms einher, der durch eine starke Widerstandsabnahme im Bereich der gestörten Wärmeleitung entsteht. Ein ähnlicher Vorgang wird beobachtet, bis an der geschwächten Stelle die vollständige thermische Zerstörung des Dielektrikums eintritt. Beispielsweise schmilzt das ursprüngliche feste elektrische Isoliermaterial.
Zeichen
Durchschlag hat charakteristische Merkmale:
- tritt an einem Ort auf, an dem Wärme von schlechter Qualität an die Umgebung abgeführt wird;
- Durchbruchspannung sinkt mit steigender Umgebungstemperatur;
- elektrische Festigkeit ist umgekehrt proportional zur Dicke des DielektrikumsEbene.
Allgemeine Eigenschaften
Lassen Sie uns die wichtigsten Arten des Durchschlags von Dielektrika charakterisieren. Die Essenz des Verfahrens liegt im Verlust der Eigenschaften des elektrischen Isoliermaterials, wenn der kritische Wert der elektrischen Feldstärke überschritten wird. Es gibt mehrere Arten dieses Prozesses:
- elektrischer Durchschlag des Dielektrikums;
- thermischer Prozess;
- elektrochemische Alterung.
Die elektrische Variante entsteht durch Stoßionisation durch negative Elektronen, die in einem starken elektrischen Feld auftreten. Dieser Vorgang wird von einem starken Anstieg der Stromdichte begleitet.
Der Grund für den thermischen Prozess im Isolator ist eine Erhöhung der vom System erzeugten Wärmemenge aufgrund der Auswirkungen der elektrischen Leitfähigkeit oder aufgrund dielektrischer Verluste. Die Folge eines solchen Durchschlags ist die thermische Zerstörung des elektrischen Isoliermaterials.
Wenn sich die Durchbruchspannung von Dielektrika ändert, treten Veränderungen in der Struktur des elektrisch isolierenden Materials auf, und auch die chemische Zusammensetzung des Dielektrikums ändert sich. Als Ergebnis wird eine irreversible Abnahme des Isolationswiderstands beobachtet. In diesem Fall kommt es zu einer elektrischen Alterung des Dielektrikums.
in einem gasförmigen Medium
Wie erfolgt der Zusammenbruch gasförmiger Dielektrika? Aufgrund von kosmischer und radioaktiver Strahlung gibt es eine kleine Anzahl geladener Teilchen in den Luftsp alten. Es gibt eine Beschleunigung negativer Elektronen im Feld, wodurch sie zusätzliche Energie erh alten, deren Wert direkt von der Feldstärke abhängt undmittlere Weglänge des Teilchens vor dem Stoß. Bei einem signifikanten Intensitätswert wird eine Zunahme des Elektronenflusses beobachtet, was zu einem Zusammenbruch der Lücke führt. Dieser Vorgang wird von mehreren Faktoren beeinflusst. Die wichtigste davon ist die Feldoption. Es besteht ein direkter Zusammenhang zwischen der Spannungsfestigkeit von Gas und Druck und Temperatur.
Flüssigmedium
Der Zusammenbruch flüssiger Dielektrika hängt mit der Reinheit des elektrischen Isoliermaterials zusammen. Es gibt drei Grade:
- Geh alt an festen mechanischen Verunreinigungen und Emulsionswasser im Dielektrikum;
- technisch sauber;
- gründlich gereinigt und entgast.
In sorgfältig gereinigten flüssigen Dielektrika gibt es nur eine elektrische Version des Zusammenbruchs. Aufgrund des erheblichen Dichteunterschieds zwischen Flüssigkeit und Gas verringert sich die Weglänge der Elektronen, was zu einer Erhöhung der Durchbruchspannung führt.
In der modernen Elektrizitätsindustrie werden technisch reine Arten von flüssigen Dielektrika verwendet, in denen nur ein geringes Vorhandensein von Verunreinigungen zulässig ist.
Es muss berücksichtigt werden, dass bereits der geringste Anteil an Emulsionswasser im flüssigen Elektroisolierstoff eine starke Reduzierung der elektrischen Festigkeit bewirkt.
Durchschlagfestigkeit und Durchschlagsfestigkeit von Dielektrika sind also verwandte Größen. Betrachten wir den Abbaumechanismus in einem flüssigen Medium. Emulsionswassertropfen werden in einem elektrischen Feld polarisiert, dann fallen sie in den Raum zwischen den Polelektroden. Hier werden sie verformt, verschmolzen und Brücken gebildet,mit geringem elektrischem Widerstand. An ihnen findet der Test statt. Das Auftreten von Brücken führt zu einer deutlichen Verringerung der Festigkeit des Öls.
Eigenschaften von Elektroisolierstoffen
Die betrachteten Durchschlagsarten fester Dielektrika haben ihre Anwendung in der modernen Elektrotechnik gefunden.
Unter den derzeit in der Technik verwendeten flüssigen und halbflüssigen dielektrischen Materialien sind Transformatoren- und Kondensatoröle sowie synthetische Flüssigkeiten: sovtol, sovol.
Mineralöle werden aus der fraktionierten Destillation von Rohöl gewonnen. Zwischen den einzelnen Typen gibt es Unterschiede in der Viskosität und den elektrischen Eigenschaften.
Zum Beispiel sind Kabel- und Kondensatoröle hochraffiniert und haben daher hervorragende dielektrische Eigenschaften. Nicht brennbare synthetische Flüssigkeiten sind Sovtol und Sovol. Um das erste zu erh alten, wird eine Chlorierungsreaktion von kristallinem Diphenyl durchgeführt. Diese durchsichtige, viskose Flüssigkeit ist giftig und kann die Schleimhaut reizen, daher müssen beim Arbeiten mit einem solchen Dielektrikum Vorsichtsmaßnahmen beachtet werden.
Sovtol ist eine Mischung aus Trichlorbenzol und Sovol, daher zeichnet sich dieser elektrische Isolierstoff durch eine niedrigere Viskosität aus.
Beide synthetische Flüssigkeiten werden verwendet, um moderne Papierkondensatoren zu imprägnieren, die in industriellen AC- und DC-Geräten installiert sind.
BioHochpolymere dielektrische Materialien bestehen aus vielen Monomermolekülen. Bernstein, Naturkautschuk, hat hohe dielektrische Eigenschaften.
Wachsartige Materialien wie Ceresin und Paraffin haben einen bestimmten Schmelzpunkt. Solche Dielektrika haben eine polykristalline Struktur.
In der modernen Elektrotechnik sind Kunststoffe als Verbundwerkstoffe gefragt. Sie enth alten Polymere, Harze, Farbstoffe, Stabilisatoren sowie weichmachende Komponenten. Nach ihrem Wärmeverh alten werden sie in Thermoplaste und Duroplaste eingeteilt.
Für Arbeiten in der Luft wird Elektrokarton verwendet, der im Vergleich zu herkömmlichem Material eine dichtere Struktur aufweist.
Unter den geschichteten elektrischen Isoliermaterialien mit dielektrischen Eigenschaften heben wir Textolith, Getinaks und Glasfaser hervor. Diese Laminate, die Silikon- oder Resolharze als Bindemittel verwenden, sind ausgezeichnete Dielektrika.
Ursachen des Phänomens
Es gibt verschiedene Gründe für den Zusammenbruch von Dielektrika. Daher gibt es noch keine universelle Theorie, die diesen physikalischen Vorgang vollständig erklären würde. Unabhängig von der Isolationsoption bildet sich im Durchschlagsfall ein Kanal mit besonderer Leitfähigkeit, dessen Größe zu einem Kurzschluss in diesem elektrischen Gerät führt. Was sind die Folgen eines solchen Prozesses? Infolgedessen besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit eines NotfallsElektrogerät wird außer Betrieb genommen.
Je nach Isoliersystem kann der Durchschlag unterschiedliche Erscheinungsformen haben. Bei festen Dielektrika behält der Kanal auch nach dem Absch alten des Stroms eine erhebliche Leitfähigkeit. Gasförmige und flüssige Elektroisolierstoffe zeichnen sich durch eine hohe Beweglichkeit geladener Elektronen aus. Daher kommt es aufgrund einer Spannungsänderung zu einer sofortigen Wiederherstellung des Durchbruchkanals.
In Flüssigkeiten wird der Abbau durch verschiedene Prozesse verursacht. Zunächst bilden sich im Raum zwischen den Elektroden optische Inhomogenitäten, an diesen Stellen verliert die Flüssigkeit ihre Transparenz. Die Theorie von A. Gemant betrachtet den Zusammenbruch eines flüssigen Dielektrikums als Emulsion. Nach Berechnungen von Wissenschaftlern nehmen Feuchtigkeitstropfen aufgrund der Wirkung eines elektrischen Feldes die Form eines länglichen Dipols an. Bei hoher Feldstärke verbinden sie sich, was zur Entladung im gebildeten Kanal beiträgt.
Bei der Durchführung zahlreicher Experimente wurde festgestellt, dass bei einem starken Spannungsanstieg vor dem Zusammenbruch Blasen auftreten, wenn sich ein Gas in der Flüssigkeit befindet. Gleichzeitig nimmt die Durchschlagspannung solcher Flüssigkeiten mit sinkendem Druck oder steigender Temperatur ab.
Schlussfolgerung
Moderne dielektrische Materialien verbessern sich mit der Entwicklung der Elektroindustrie. Derzeit ist die Technologie zur Herstellung verschiedener Arten von Dielektrika so modernisiert, dass es möglich ist, kostengünstige Dielektrika mit hoher Leistung herzustellen.
unterBesonders für Glas und Glasemails sind die gefragtesten Materialien mit den entsprechenden Eigenschaften interessant. Installation, Alkali, Lampe, Kondensator und andere Arten dieses Materials sind Substanzen mit amorpher Struktur. Wenn der Mischung Calcium- und Aluminiumoxide zugesetzt werden, ist es möglich, die dielektrischen Eigenschaften des Materials zu verbessern und die Wahrscheinlichkeit eines Durchschlags zu verringern.
Glasemails sind Materialien, bei denen eine dünne Glasschicht auf der Metalloberfläche abgeschieden wird. Diese Technologie schützt zuverlässig vor Korrosion.
Alle Materialien mit elektrisch isolierenden Eigenschaften sind in der modernen Technik weit verbreitet. Wenn der dielektrische Durchschlag rechtzeitig verhindert wird, ist es durchaus möglich, Schäden an teuren Geräten zu vermeiden.
