Dielektrik gücü

Dielektrik gücü, bir dielektrik maddenin kendisine uygulanan bir elektrik voltajına dayanma yeteneğini belirler. Böylece, dielektrikin elektriksel gücü, dielektrikte elektriksel bir bozulmanın meydana geldiği elektrik alan şiddetinin (Epr) ortalama değeri olarak anlaşılmaktadır.

Bir dielektrikin elektriksel olarak parçalanması, kendisine uygulanan bir voltajın etkisi altında belirli bir malzemenin elektriksel iletkenliğinde keskin bir artış ve ardından iletken bir plazma kanalı oluşumu olgusudur.

Sıvı veya gazlardaki elektriksel arızaya elektriksel deşarj da denir. Aslında, böyle bir deşarj oluşur kondansatör deşarj akımıbir arıza voltajının uygulandığı elektrotlardan oluşur.

Bu bağlamda, bozulma gerilimi Upr, elektriksel bozulmanın başladığı gerilimdir ve bu nedenle dielektrik dayanımı aşağıdaki formül kullanılarak bulunabilir (burada h, parçalanacak numunenin kalınlığıdır):

Epr = ÇİL/saat

Açıktır ki, herhangi bir özel durumda arıza voltajı, ele alınan dielektrik maddenin dielektrik kuvveti ile ilgilidir ve elektrotlar arasındaki boşluğun kalınlığına bağlıdır.Buna göre elektrotlar arasındaki boşluk arttıkça kırılma gerilimi değeri de artmaktadır. Sıvı ve gaz dielektriklerde, bozulma sırasında boşalmanın gelişimi farklı şekillerde gerçekleşir.

Gaz halindeki dielektriklerin dielektrik dayanımı

İyonlaşma - nötr bir atomu pozitif veya negatif bir iyona dönüştürme işlemi.

Bir gaz dielektrikteki büyük bir boşluğu kırma sürecinde, birkaç aşama birbirini takip eder:

1. Bir gaz molekülünün doğrudan bir metal elektrottan veya kazara fotoiyonlaşmasının bir sonucu olarak gaz aralığında serbest bir elektron belirir.

2. Boşlukta görünen serbest elektron, elektrik alan tarafından hızlandırılır, elektronun enerjisi artar ve sonunda nötr bir atomla çarpışarak iyonize etmeye yeterli hale gelir. Yani darbe iyonlaşması meydana gelir.

3. Birçok darbeli iyonlaşma eyleminin bir sonucu olarak, bir elektron çığı oluşur ve gelişir.

4. Bir flama oluşur - bir elektron çığının geçişinden sonra kalan pozitif iyonların ve şimdi pozitif yüklü plazmaya çekilen negatif iyonların oluşturduğu bir plazma kanalı.

5. Flama üzerinden geçen kapasitif akım, termal iyonlaşmaya neden olur ve flama iletken hale gelir.

6. Tahliye kanalı ile tahliye aralığı kapatıldığında ana tahliye gerçekleşir.

Boşaltma aralığı yeterince küçükse, arıza süreci çığın kırılması aşamasında veya flama oluşumu aşamasında - kıvılcım aşamasında sona erebilir.

Gazların elektriksel gücü şu şekilde belirlenir:

• Elektrotlar arasındaki mesafe;

• Delinecek gazdaki basınç;

• Gaz moleküllerinin bir elektrona olan ilgisi, bir gazın elektronegatifliği.

Basınç ilişkisi aşağıdaki şekilde açıklanmaktadır. Gazdaki basınç arttıkça, molekülleri arasındaki mesafeler azalır. İvme sırasında elektron, bir atomu iyonize etmek için yeterli olan çok daha kısa bir serbest yolla aynı enerjiyi elde etmelidir.

Bu enerji, çarpışma sırasında elektronun hızı ile belirlenir ve hız, elektrik alanından elektrona etki eden kuvvetten, yani gücünden dolayı hızlanma nedeniyle gelişir.

Paschen eğrisi, gazdaki Upr arıza voltajının elektrotlar arasındaki mesafenin ürününe ve basınç - p * h'ye bağımlılığını gösterir. Örneğin, p * h = 0,7 Pascal * metredeki hava için arıza gerilimi yaklaşık 330 volttur. Bu değerin solundaki kırılma voltajındaki artış, bir elektronun bir gaz molekülü ile çarpışma olasılığının azalmasından kaynaklanmaktadır.

Elektron ilgisi, bazı nötr moleküllerin ve gaz atomlarının kendilerine ek elektronlar bağlayarak negatif iyon haline gelme yeteneğidir. Elektron ilgisi yüksek atomlara sahip gazlarda, elektronegatif gazlarda elektronların bir çığ oluşturmak için büyük bir hızlandırıcı enerjiye ihtiyacı vardır.

Normal şartlarda yani normal sıcaklık ve basınçta havanın dielektrik dayanımının 1 cm boşlukta yaklaşık 3000 V/mm olduğu, ancak 0,3 MPa basınçta (normalden 3 kat daha fazla) olduğu bilinmektedir. aynı havanın dielektrik dayanımı 10.000 V/mm'ye yakın olur. Elektronegatif bir gaz olan SF6 gazı için, normal koşullar altında dielektrik dayanımı yaklaşık 8700 V/mm'dir. Ve 0,3 MPa basınçta 20.000 V/mm'ye ulaşır.

Sıvı dielektriklerin dielektrik dayanımı

Sıvı dielektriklere gelince, dielektrik dayanımları kimyasal yapılarıyla doğrudan ilişkili değildir. Ve bir sıvıdaki bozunma mekanizmasını etkileyen ana şey, moleküllerinin gaza kıyasla çok yakın dizilişidir. Gazların karakteristiği olan darbeli iyonlaşma, sıvı bir dielektrikte imkansızdır.

Darbe iyonlaşma enerjisi yaklaşık 5 eV'dir ve bu enerjiyi elektrik alan kuvvetinin, elektron yükünün ve yaklaşık 500 nanometre olan ortalama serbest yolun ürünü olarak ifade edersek ve bundan dielektrik kuvveti hesaplarsak, biz 10.000.000 V/mm olsun ve sıvılar için gerçek elektrik gücü 20.000 ila 40.000 V/mm arasında değişir.

Sıvıların dielektrik dayanımı aslında o sıvılardaki gaz miktarına bağlıdır. Ayrıca dielektrik dayanımı, voltajın uygulandığı elektrot yüzeylerinin durumuna bağlıdır. Bir sıvıya parçalanma, küçük gaz kabarcıklarının parçalanmasıyla başlar.

Gaz çok daha düşük bir dielektrik sabitine sahiptir, bu nedenle balonun içindeki voltajın çevredeki sıvıdan daha yüksek olduğu ortaya çıkar. Bu durumda gazın dielektrik dayanımı daha düşüktür. Kabarcık boşalmaları, kabarcık büyümesine yol açar ve sonunda kabarcıklardaki kısmi boşalmaların bir sonucu olarak sıvı parçalanması meydana gelir.

Safsızlıklar, sıvı dielektriklerde bozulma geliştirme mekanizmasında önemli bir rol oynar. Örneğin trafo yağını ele alalım. İletken safsızlıklar olarak kurum ve su, dielektrik dayanımını azaltır trafo yağı.

Su genellikle yağa karışmasa da, yağdaki en küçük damlacıkları bir elektrik alanının etkisi altında polarize olur, çevredeki yağa göre daha yüksek elektriksel iletkenliğe sahip devreler oluşturur ve bunun sonucunda devre boyunca yağ parçalanması meydana gelir.

Laboratuvar koşullarında sıvıların dielektrik dayanımını belirlemek için, yarıçapı aralarındaki mesafeden birkaç kat daha büyük olan yarım küre elektrotlar kullanılır. Elektrotlar arasındaki boşlukta düzgün bir elektrik alanı oluşturulur. Tipik bir mesafe 2,5 mm'dir.

Trafo yağı için arıza voltajı 50.000 volttan az olmamalıdır ve en iyi örnekleri 80.000 volt arıza voltajı değerinde farklılık gösterir. Aynı zamanda, darbeli iyonizasyon teorisinde bu voltajın 2.000.000 - 3.000.000 volt olması gerektiğini unutmayın.

Bu nedenle, sıvı bir dielektrik maddenin dielektrik dayanımını artırmak için aşağıdakiler gereklidir:

• Sıvıyı kömür, is vb. gibi katı iletken parçacıklardan temizleyin;

• Dielektrik sıvıdan suyu çıkarın;

• Sıvıyı dezenfekte edin (tahliye edin);

• Sıvı basıncını artırın.

Katı dielektriklerin dielektrik dayanımı

Katı dielektriklerin dielektrik dayanımı, kırılma voltajının uygulandığı süre ile ilgilidir. Ve dielektrikte voltajın uygulandığı zamana ve o sırada meydana gelen fiziksel süreçlere bağlı olarak şunları ayırt ederler:

• Voltaj uygulandıktan saniyeler sonra meydana gelen elektrik arızası;

• Saniyeler hatta saatler içinde oluşan termal çökme;

• Kısmi deşarj nedeniyle arıza, maruz kalma süresi bir yıldan fazla olabilir.

Katı bir dielektrik parçalanma mekanizması, maddenin bir plazmaya dönüşmesi ile uygulanan bir voltajın etkisi altında bir maddedeki kimyasal bağların yok edilmesinden oluşur. Yani katı bir dielektrikin elektriksel gücü ile kimyasal bağlarının enerjisi arasındaki orantılılıktan bahsedebiliriz.

Katı dielektrikler genellikle sıvıların ve gazların dielektrik gücünü aşar, örneğin, yalıtım camının elektrik gücü yaklaşık 70.000 V/mm, polivinil klorür - 40.000 V/mm ve polietilen - 30.000 V/mm'dir.

Termal bozulmanın nedeni, dielektrik nedeniyle ısınmasında yatmaktadır. dielektrik kaybıgüç kaybı enerjisi, dielektrik tarafından çıkarılan enerjiyi aştığında.

Sıcaklık arttıkça taşıyıcı sayısı artar, iletkenlik artar, kayıp açısı artar ve dolayısıyla sıcaklık daha da artar ve dielektrik dayanım azalır. Sonuç olarak, dielektrik ısınması nedeniyle, ortaya çıkan arıza, ısıtma olmaksızın daha düşük bir voltajda, yani arıza tamamen elektriksel ise meydana gelir.