לפני התחשבות במנגנוני התמוטטותדיאלקטרים, לנסות למצוא את התכונות של חומרים אלה. חומרי בידוד חשמלי הם חומרים המאפשרים לך לבודד חלקים של ציוד חשמלי או רכיבי מעגל בעלי ערכים שונים של פוטנציאל חשמלי.
תכונות של חומרים
В сравнении с проводниковыми материями, у שיעור מבודדים של התנגדות חשמלית גבוה באופן משמעותי. תכונה טיפוסית של חומרים אלה היא יצירת שדות חשמליים רבי עוצמה, כמו גם הצטברות של אנרגיה. מאפיין זה נמצא בשימוש נרחב בקבלים.
קפה
על פי מצב הצבירה, כל בידוד החשמלהחומרים מחולקים לנוזל, גזי, מוצק. הקבוצה האחרונה של דיאלקטריה היא הגדולה ביותר. אלה כוללים פלסטיק, קרמיקה, חומרים פולימרים גבוהים.
תלוי בהרכב הכימי, חומרי בידוד חשמל מחולקים לא-אורגניים ואורגניים.
פחמן משמש כאלמנט הכימי העיקרי במבודדים אורגניים. חומרים אנאורגניים עומדים בטמפרטורות מקסימליות: קרמיקה, נציץ.
תלוי בשיטת השגת דיאלקטריהנהוג לחלק לסינטטי וטבעי (טבעי). לכל אחד מהמינים מאפיינים מסוימים. נכון לעכשיו, חומרים סינתטיים הם קבוצה גדולה.
חומרים דיאלקטריים מוצקים אופציונלייםמחולק לקטגוריות משנה נפרדות לפי מבנה, הרכב, מאפיינים טכנולוגיים של חומרים. לדוגמא, ישנם מבודדי שעווה, קרמיקה, מינרלים, סרטים.
כל החומרים הללו מאופיינים בחשמלמוֹלִיכוּת. לאורך זמן נצפה שינוי בערך הנוכחי עבור חומרים כאלה עקב ירידה בזרם הספיגה. מרגע מסוים קיים רק זרם הולכה בחומר בידוד חשמלי, שערכו תלוי תכונותיו של חומר זה.
תכונות תהליך
אם לחוזק השדה החשמלי ישערך גדול יותר מכוח הדיאלקטרי, מתרחשת התמוטטות דיאלקטרית. זהו תהליך הרסו. זה מוביל לאובדן מאפייני הבידוד החשמלי המקוריים שלו באתר התמוטטות של חומר כזה.
מתח התמוטטות הוא הערך שבו מתרחשת התמוטטות דיאלקטרית.
הכוח החשמלי מאופיין בערך חוזק השדה.
התמוטטות של דיאלקטריה מוצקה היאתהליך חשמלי או תרמי. הוא מבוסס על תופעות המובילות לעליית מפולת בגודל הזרם החשמלי בחומרי בידוד מוצקים.
לפירוק דיאלקטריה מוצקה יש מאפיינים אופייניים:
- היעדרות או תלות חלשה בטמפרטורה ובמתח של ערך המוליכות;
- חוזק דיאלקטרי של החומר בשדה אחיד, ללא קשר לעובי החומר הדיאלקטרי בו משתמשים;
- גבולות צרים של חוזק מכני;
- ראשית, הזרם עולה באופן אקספוננציאלי, והתקלות של דיאלקטריה מוצקה מלווה בעלייה פתאומית בזרם;
- בתחום לא הומוגני, תהליך זה מתרחש במקום עם חוזק השדה המרבי.
התמוטטות תרמית
זה מופיע בדיאלקטרי גדולהפסדים, חימום החומר על ידי מקורות חום אחרים, עם הסרת אנרגיית חום באיכות ירודה. התמוטטות דיאלקטרית כזו מלווה בעלייה בזרם החשמלי כתוצאה מירידה חדה בהתנגדות באזור בו מופרמת הולכת החום. תהליך דומה נצפה עד אותו זמן, עד שיש הרס תרמי מוחלט של הדיאלקטרי במקום המוחלש. לדוגמא, חומר הבידוד החשמלי המוצק המקורי ימס.
תסמינים
לפירוק דיאלקטרי יש את המאפיינים הבאים:
- מתרחש במקום פיזור חום באיכות ירודה לסביבה;
- מתח הפירוק פוחת עם עליית טמפרטורת הסביבה;
- חוזק דיאלקטרי הוא ביחס הפוך לעובי השכבה הדיאלקטרית.
מאפיינים כלליים
בואו נאפיין את הסוגים העיקריים של פירוט דיאלקטרי.מהות התהליך נעוצה באובדן מאפייניו על ידי חומר הבידוד החשמלי כאשר עולה על הערך הקריטי של חוזק השדה החשמלי. ישנם מספר סוגים של תהליך זה:
- התמוטטות דיאלקטרית;
- תהליך תרמי;
- הזדקנות אלקטרוכימית.
הגרסה החשמלית נוצרת כתוצאה מיינון השפעה על ידי אלקטרונים שליליים, המופיע בשדה חשמלי רב עוצמה. תהליך זה מלווה בעלייה חדה בצפיפות הזרם.
הסיבה לתהליך התרמי במבודד היאעלייה בכמות החום שנוצרת על ידי המערכת עקב השפעת מוליכות חשמלית או כתוצאה מאיבודים דיאלקטריים. פירוק זה מביא להרס תרמי של חומר הבידוד.
כאשר מתח הפירוק של הדיאלקטריה משתנה,טרנספורמציות מתרחשות במבנה החומר המבודד, וגם ההרכב הכימי של הדיאלקטרי משתנה. כתוצאה מכך נצפית ירידה בלתי הפיכה בהתנגדות הבידוד. במקרה זה, ההזדקנות החשמלית של הדיאלקטרי מתרחשת.
בסביבה גזית
איך מתרחשת פירוק דיאלקטרי גז?בפערי אוויר, בגלל קרינה קוסמית ורדיואקטיבית, יש כמות קטנה של חלקיקים טעונים. אלקטרונים שליליים מואצים בשטח, וכתוצאה מכך הם רוכשים אנרגיה נוספת, שערכה תלוי ישירות בחוזק השדה ובאורך הנתיב הממוצע של החלקיק לפני ההתנגשות. בערך משמעותי של החוזק נצפית עלייה בשטף האלקטרונים, הגורמת לפירוק הפער. תהליך זה מושפע מכמה גורמים. החשוב שבהם הוא גרסת השטח. קיים קשר ישיר בין חוזק הדיאלקטרי של גז לבין לחץ וטמפרטורה.
מדיום נוזלי
פירוק הדיאלקטריה הנוזלית קשור לטוהר החומר המבודד. ישנן שלוש מעלות:
- התוכן של זיהומים מכניים מוצקים ומי תחליב בדיאלקטרי;
- נקי טכנית;
- מנקים ומסולקים היטב.
בנוזל מטוהר בקפידהבדיאלקטריה, יש רק גרסה חשמלית של תקלה. בשל ההבדל המשמעותי בצפיפות הנוזל והגז, אורך נתיב האלקטרונים יורד, מה שמוביל לעלייה בחוזק הפירוק.
בהנדסת חשמל מודרנית משתמשים בסוגים טהורים מבחינה טכנית של דיאלקטריה נוזלית, רק נוכחות קלה של זיהומים בהם מותרת.
יש לזכור כי גם כמות מינימלית של מי תחליב בחומר בידוד חשמלי נוזלי גורמת לירידה חזקה בחוזק הדיאלקטרי.
לפיכך, חוזק דיאלקטרי והתמוטטותדיאלקטריות הן כמויות קשורות. הבה נבחן את מנגנון הפירוק במדיום נוזלי. טיפות מי אמולסיה מקוטבות בשדה חשמלי, ואז הן נופלות לחלל שבין האלקטרודות הקוטביות. כאן הם מעוותים, מוזגים ונוצרים גשרים בעלי התנגדות חשמלית קטנה. דרכם מתרחשת ההתמוטטות. הופעת הגשרים גורמת לירידה משמעותית בחוזק השמן.
תכונות של חומרי בידוד חשמליים
סוגי הפירוט הנחשבים של דיאלקטריה מוצקה מצאו את יישומם בהנדסת חשמל מודרנית.
בין דיאלקטרי נוזלי וחצי נוזליחומרים המשמשים כיום בטכנולוגיה ומעניינים שמני שנאים וקבלים, כמו גם נוזלים סינתטיים: סובטול, סובול.
שמנים מינרליים מתקבלים מזיקוק חלקי של נפט גולמי. ישנם הבדלים בצמיגות ובמאפיינים חשמליים בין הסוגים האישיים שלהם.
לדוגמה, יש שמנים כבלים ומעבהדרגה גבוהה של טיהור, ולכן יש להם מאפיינים דיאלקטריים מצוינים. נוזלים סינתטיים שאינם דליקים הם סובטול וסיבולי. כדי להשיג את הראשון, מתבצעת תגובת הכלור של ביפניל גבישי. נוזל צמיג שקוף זה רעיל, יכול לגרות את הממברנה הרירית, לכן, כאשר עובדים עם דיאלקטרי כזה, יש לנקוט בזהירות.
סובטול הוא תערובת של טריכלורובנזן וסובול; לכן חומר בידוד זה מאופיין בערך צמיגות נמוך יותר.
שני הנוזלים הסינתטיים משמשים להספגת קבלים נייר מודרניים המותקנים במכשירים תעשייתיים של AC ו- DC.
חומרים דיאלקטריים אורגניים בעלי פולימר גבוה מורכבים ממולקולות מונומר רבות. ענבר, גומי טבעי בעל מאפיינים דיאלקטריים גבוהים.
לחומרים דונגיים כמו סרזין ופרפין יש נקודת התכה מובהקת. לדיאלקטריות כאלה יש מבנה רב-גבישי.
בהנדסת חשמל מודרנית, הם מבוקשיםפלסטיק, שהם חומרים מרוכבים. הם מכילים פולימרים, שרפים, צבעים, חומרים מייצבים ורכיבים מפלסטיים. בהתאם ליחסם לחימום, הם מסווגים לחומרים תרמופלסטיים ותרמוסטיים.
לעבודה באוויר משתמשים בלוחות חשמל, בעלי מבנה צפוף יותר בהשוואה לחומר קונבנציונאלי.
בין חומרי בידוד חשמליים שכבתיים,בעלי מאפיינים דיאלקטריים, אנו מייחדים טקסטוליט, גטינקס, פיברגלס. לרבד זה, שבו שרפים אורגנו-סיליקון או רזוליס משמשים כקישור, הם דיאלקטריה מצוינת.
הגורמים לתופעה
ישנן סיבות שונות להתמוטטות.דיאלקטריות. לכן, עדיין אין תיאוריה אוניברסאלית שתסביר באופן מלא את התהליך הפיזי הזה. ללא קשר לאופציית הבידוד, במקרה של תקלה נוצר ערוץ של מוליכות מיוחדת שערכה מוביל לקצר במכשיר חשמלי זה. מה ההשלכות של תהליך כזה? קיימת סבירות גבוהה לחירום, וכתוצאה מכך יופסק המכשיר החשמלי.
בהתאם למערכת הבידוד, התקלה יכולהבעלי ביטויים שונים. עבור דיאלקטריה מוצקה, הערוץ שומר על מוליכות משמעותית גם לאחר כיבוי הזרם. חומרי בידוד חשמליים גזיים ונוזליים מאופיינים בניידות גבוהה של אלקטרונים טעונים. לכן נצפית התאוששות מיידית של ערוץ ההתמוטטות, שהתרחשה בגלל שינוי במתח.
בנוזלים, התמוטטות נגרמת על ידי שוניםתהליכים. ראשית, אין-הומוגניות אופטית נוצרת בחלל שבין האלקטרודות; במקומות אלה הנוזל מאבד משקיפותו. התיאוריה של א 'ג'מנט רואה בפירוק דיאלקטרי נוזלי אמולסיה. על פי החישובים שביצע המדען, עקב פעולת השדה החשמלי, טיפות הלחות רושמות צורה של דיפול מוארך. במקרה של חוזק שדה גבוה הם משתלבים, מה שתורם לפריקה בערוץ שנוצר.
במהלך ניסויים רביםניתן היה לקבוע שאם יש גז בנוזל, אז עם עלייה חדה במתח, יופיעו בועות לפני ההתמוטטות. במקרה זה, גודל מתח הפירוק של נוזלים כאלה יורד עם ירידה בלחץ או עם עליית הטמפרטורה.
מסקנה
חומרים דיאלקטריים מודרנייםלהשתפר עם התפתחות תעשיית החשמל. נכון לעכשיו, הטכנולוגיה ליצירת סוגים שונים של דיאלקטריה עברה מודרניזציה כה רבה עד כי ניתן ליצור דיאלקטריה זולה עם מאפייני ביצועים גבוהים.
בין החומרים המבוקשים ביותר עםזכוכית ואמייל זכוכית מעניינים במיוחד בשל מאפייניהם. התקנה, אלקליין, מנורה, קבלים וסוגים אחרים של חומר זה הם חומרים בעלי מבנה אמורפי. על ידי הוספת תחמוצות סידן ואלומיניום לתערובת ניתן לשפר את המאפיינים הדיאלקטריים של החומר ולהפחית את ההסתברות להתמוטטות.
אמייל זכוכית הם חומרים בהם מורחים שכבה דקה של זכוכית על משטח המתכת. טכנולוגיה זו מספקת הגנה אמינה מפני קורוזיה.
כל החומרים עם בידוד חשמלימאפיינים, נמצאים בשימוש נרחב בטכנולוגיה מודרנית. אם מונעים תקלה דיאלקטרית במועד, ניתן למנוע נזק לציוד יקר.
