Lakas ng dielectric

Tinutukoy ng lakas ng dielectric ang kakayahan ng isang dielectric na makatiis sa isang boltahe ng kuryente na inilapat dito. Kaya, ang lakas ng kuryente ng dielectric ay nauunawaan bilang ang average na halaga ng lakas ng patlang ng kuryente Epr kung saan nangyayari ang isang pagkasira ng kuryente sa dielectric.

Ang electrical breakdown ng isang dielectric ay isang kababalaghan ng isang matalim na pagtaas sa electrical conductivity ng isang naibigay na materyal sa ilalim ng pagkilos ng isang boltahe na inilapat dito, na may kasunod na pagbuo ng isang conductive plasma channel.

Ang pagkasira ng kuryente sa mga likido o gas ay tinatawag ding paglabas ng kuryente. Sa katunayan, ang gayong paglabas ay nabuo kasalukuyang naglalabas ng kapasitornabuo sa pamamagitan ng mga electrodes na kung saan ang isang breakdown boltahe ay inilapat.

Sa kontekstong ito, ang breakdown voltage Upr ay ang boltahe kung saan nagsisimula ang electrical breakdown, at samakatuwid ang dielectric strength ay matatagpuan gamit ang sumusunod na formula (kung saan ang h ay ang kapal ng sample na sisirain):

Epr = UNC/h

Malinaw, ang breakdown boltahe sa anumang partikular na kaso ay nauugnay sa dielectric na lakas ng itinuturing na dielectric at depende sa kapal ng puwang sa pagitan ng mga electrodes.Alinsunod dito, habang tumataas ang puwang sa pagitan ng mga electrodes, tumataas din ang halaga ng breakdown boltahe. Sa likido at gas na dielectrics, ang pagbuo ng discharge sa panahon ng pagkasira ay nangyayari sa iba't ibang paraan.

Dielectric na lakas ng mga gaseous dielectrics

Ionization — ang proseso ng pag-convert ng neutral na atom sa isang positibo o negatibong ion.

Sa proseso ng pagbagsak ng isang malaking puwang sa isang gas dielectric, maraming mga yugto ang sumusunod sa isa't isa:

1. Lumilitaw ang isang libreng electron sa gas gap bilang resulta ng photoionization ng isang molekula ng gas, direkta mula sa isang metal electrode o hindi sinasadya.

2. Ang libreng electron na lumilitaw sa puwang ay pinabilis ng electric field, ang enerhiya ng electron ay tumataas at kalaunan ay nagiging sapat upang ionize ang isang neutral na atom sa pagbangga dito. Ibig sabihin, nangyayari ang impact ionization.

3. Bilang resulta ng maraming epekto sa ionization action, isang electron avalanche ang nabubuo at nabubuo.

4. Ang isang streamer ay nabuo — isang plasma channel na nabuo sa pamamagitan ng mga positibong ion na naiwan pagkatapos ng pagdaan ng isang avalanche ng mga electron, at mga negatibo, na ngayon ay iginuhit sa positibong sisingilin na plasma.

5. Ang capacitive current sa pamamagitan ng streamer ay nagdudulot ng thermal ionization at ang streamer ay nagiging conductive.

6. Kapag ang discharge gap ay sarado ng discharge channel, ang pangunahing discharge ay nangyayari.

Kung ang discharge gap ay sapat na maliit, kung gayon ang proseso ng pagkasira ay maaaring magtapos na sa yugto ng pagkasira ng avalanche o sa yugto ng pagbuo ng streamer - sa yugto ng spark.

Ang lakas ng kuryente ng mga gas ay tinutukoy ng:

• Distansya sa pagitan ng mga electrodes;

• Presyon sa gas na drilled;

• Ang affinity ng mga molekula ng gas para sa isang electron, ang electronegativity ng isang gas.

Ang relasyon sa presyon ay ipinaliwanag tulad ng sumusunod. Habang tumataas ang presyon sa gas, bumababa ang mga distansya sa pagitan ng mga molekula nito. Sa panahon ng acceleration, ang electron ay dapat makakuha ng parehong enerhiya na may isang mas maikling libreng landas, na sapat upang ionize ang isang atom.

Ang enerhiya na ito ay tinutukoy ng bilis ng electron sa panahon ng banggaan, at ang bilis ay bubuo dahil sa pagbilis mula sa puwersa na kumikilos sa elektron mula sa electric field, iyon ay, dahil sa lakas nito.

Ang Paschen curve ay nagpapakita ng pag-asa ng breakdown voltage Upr sa gas sa produkto ng distansya sa pagitan ng mga electrodes at ang presyon - p * h. Halimbawa, para sa hangin sa p * h = 0.7 Pascal * meter, ang breakdown boltahe ay humigit-kumulang 330 volts. Ang pagtaas ng breakdown boltahe sa kaliwa ng halagang ito ay dahil sa ang katunayan na ang posibilidad ng isang electron na nagbabanggaan sa isang molekula ng gas ay bumababa.

Ang electron affinity ay ang kakayahan ng ilang neutral na molecule at gas atoms na mag-attach ng mga karagdagang electron sa kanilang mga sarili at maging negatibong ion. Sa mga gas na may mataas na electron affinity atoms, sa mga electronegative na gas ang mga electron ay nangangailangan ng malaking accelerating energy upang bumuo ng avalanche.

Ito ay kilala na sa ilalim ng normal na mga kondisyon, iyon ay, sa normal na temperatura at presyon, ang dielectric na lakas ng hangin sa isang puwang na 1 cm ay humigit-kumulang 3000 V / mm, ngunit sa isang presyon ng 0.3 MPa (3 beses na higit sa karaniwan) ang Ang dielectric na lakas ng parehong hangin ay nagiging malapit sa 10,000 V / mm. Para sa SF6 gas, isang electronegative gas, ang dielectric na lakas sa ilalim ng normal na mga kondisyon ay humigit-kumulang 8700 V/mm. At sa isang presyon ng 0.3 MPa, umabot ito sa 20,000 V / mm.

Dielectric na lakas ng likidong dielectrics

Tulad ng para sa mga likidong dielectric, ang kanilang dielectric na lakas ay hindi direktang nauugnay sa kanilang kemikal na istraktura. At ang pangunahing bagay na nakakaapekto sa mekanismo ng pagkabulok sa isang likido ay ang napakalapit, kumpara sa isang gas, ang pag-aayos ng mga molekula nito. Ang epekto ng ionization, katangian ng mga gas, ay imposible sa isang likidong dielectric.

Ang epekto ng enerhiya ng ionization ay humigit-kumulang 5 eV, at kung ipahayag natin ang enerhiya na ito bilang produkto ng lakas ng patlang ng kuryente, ang singil ng elektron, at ang ibig sabihin ng libreng landas, na humigit-kumulang 500 nanometer, at pagkatapos ay kalkulahin ang dielectric na lakas mula doon, makakuha ng 10,000,000 V/mm , at ang tunay na lakas ng kuryente para sa mga likido ay mula 20,000 hanggang 40,000 V / mm.

Ang dielectric na lakas ng mga likido ay talagang nakasalalay sa dami ng gas sa mga likidong iyon. Gayundin, ang lakas ng dielectric ay nakasalalay sa kondisyon ng mga ibabaw ng elektrod kung saan inilalapat ang boltahe. Ang pagkasira sa isang likido ay nagsisimula sa pagkasira ng maliliit na bula ng gas.

Ang gas ay may mas mababang dielectric constant, kaya ang boltahe sa bubble ay lumalabas na mas mataas kaysa sa nakapalibot na likido. Sa kasong ito, ang dielectric na lakas ng gas ay mas mababa. Ang mga discharge ng bubble ay humahantong sa paglaki ng bubble at kalaunan ay nangyayari ang liquid breakup bilang resulta ng bahagyang discharges sa mga bubble.

Ang mga impurities ay may mahalagang papel sa mekanismo ng pag-unlad ng pagkasira sa mga likidong dielectric. Isaalang-alang, halimbawa, ang langis ng transpormer. Ang soot at tubig bilang conductive impurities ay nagpapababa sa dielectric strength langis ng transpormer.

Bagaman ang tubig ay karaniwang hindi nahahalo sa langis, ang pinakamaliit na droplet nito sa langis sa ilalim ng pagkilos ng isang electric field ay nagpo-polarize, bumubuo ng mga circuit na may mas mataas na electrical conductivity kumpara sa nakapalibot na langis, at bilang isang resulta, ang oil breakdown ay nangyayari sa kahabaan ng circuit.

Upang matukoy ang lakas ng dielectric ng mga likido sa mga kondisyon ng laboratoryo, ginagamit ang mga hemispherical electrodes, ang radius na kung saan ay ilang beses na mas malaki kaysa sa distansya sa pagitan nila. Ang isang pare-parehong electric field ay nilikha sa puwang sa pagitan ng mga electrodes. Ang karaniwang distansya ay 2.5 mm.

Para sa langis ng transpormer, ang boltahe ng breakdown ay hindi dapat mas mababa sa 50,000 volts, at ang pinakamahusay na mga sample nito ay naiiba sa halaga ng breakdown na boltahe na 80,000 volts. Kasabay nito, tandaan na sa teorya ng impact ionization ang boltahe na ito ay dapat na 2,000,000 — 3,000,000 volts.

Kaya, upang madagdagan ang lakas ng dielectric ng isang likidong dielectric, kinakailangan:

• Linisin ang likido mula sa mga solidong conductive particle tulad ng karbon, soot, atbp.;

• Alisin ang tubig mula sa dielectric fluid;

• Disimpektahin ang likido (lumabas);

• Taasan ang presyon ng likido.

Dielectric na lakas ng solid dielectrics

Ang dielectric strength ng solid dielectrics ay nauugnay sa oras kung kailan inilapat ang breakdown voltage. At depende sa oras kung kailan inilapat ang boltahe sa dielectric, at sa mga pisikal na proseso na nangyayari sa oras na iyon, nakikilala nila:

• Electrical failure na nangyayari sa mga fraction ng segundo pagkatapos mailapat ang boltahe;

• Thermal collapse na nangyayari sa ilang segundo o kahit na oras;

• Pagkasira dahil sa mga bahagyang discharges, ang oras ng pagkakalantad ay maaaring higit sa isang taon.

Ang mekanismo ng pagkasira ng isang solid dielectric ay binubuo sa pagkasira ng mga bono ng kemikal sa isang sangkap sa ilalim ng pagkilos ng isang inilapat na boltahe, kasama ang pagbabagong-anyo ng sangkap sa isang plasma. Iyon ay, maaari nating pag-usapan ang proporsyonalidad sa pagitan ng lakas ng kuryente ng isang solidong dielectric at ng enerhiya ng mga bono ng kemikal nito.

Ang mga solidong dielectric ay kadalasang lumalampas sa dielectric na lakas ng mga likido at gas, halimbawa, ang insulating glass ay may electrical strength na humigit-kumulang 70,000 V/mm, polyvinyl chloride — 40,000 V/mm, at polyethylene — 30,000 V/mm.

Ang sanhi ng thermal breakdown ay nakasalalay sa pag-init ng dielectric dahil sa pagkawala ng dielectrickapag ang enerhiya ng pagkawala ng kapangyarihan ay lumampas sa enerhiya na inalis ng dielectric.

Habang tumataas ang temperatura, tumataas ang bilang ng mga carrier, tumataas ang conductivity, tumataas ang anggulo ng pagkawala, at samakatuwid ay tumataas pa ang temperatura at bumababa ang lakas ng dielectric. Bilang isang resulta, dahil sa pag-init ng dielectric, ang nagresultang pagkabigo ay nangyayari sa isang mas mababang boltahe kaysa sa walang pag-init, iyon ay, kung ang pagkabigo ay purong elektrikal.