Pirms apsvērt dielektriķu sadalīšanās mehānismus, mēģināsim noskaidrot šo materiālu īpašības. Elektroizolācijas materiāli ir vielas, kas ļauj izolēt elektrisko iekārtu daļas vai ķēdes elementus, kuriem ir atšķirīgs elektriskais potenciāls.
Materiālu īpašības
Salīdzinot ar vadošiem materiāliem, izolatoriem ir ievērojami lielāka elektriskā pretestība. Tipiska šo materiālu īpašība ir spēcīgu elektrisko lauku radīšana, kā arī enerģijas uzkrāšana. Šo īpašību plaši izmanto kondensatoros.
Klasifikācija
Atbilstoši agregācijas stāvoklim visus elektroizolācijas materiālus iedala šķidros, gāzveida, cietos. Lielākā ir pēdējā dielektriķu grupa. Tie ietver plastmasu, keramiku, materiālus ar augstu polimēru saturu.
Atkarībā no ķīmiskā sastāva elektroizolācijas materiālus iedala neorganiskajos un organiskajos.
Ogleklis darbojas kā galvenais ķīmiskais elements organiskajos izolatoros. Iztur maksimālo temperatūruneorganiskie materiāli: keramika, vizla.
Atkarībā no dielektriķu iegūšanas metodes pieņemts tos iedalīt sintētiskajos un dabīgajos (dabiskajos). Katram veidam ir noteiktas funkcijas. Pašlaik sintētiskās vielas ir liela grupa.
Cietie dielektriskie materiāli tālāk tiek iedalīti atsevišķās apakškategorijās pēc materiālu struktūras, sastāva, tehnoloģiskajām īpašībām. Piemēram, ir vaska, keramikas, minerālu, plēves izolatori.
Visiem šiem materiāliem ir raksturīga elektrovadītspēja. Laika gaitā šādas vielas uzrāda pašreizējās vērtības izmaiņas absorbcijas strāvas samazināšanās dēļ. No noteikta brīža elektroizolācijas materiālā ir tikai vadīšanas strāva, no kuras vērtības ir atkarīgas šī materiāla īpašības.
Procesa līdzekļi
Ja elektriskā lauka stiprums ir lielāks par elektriskās stiprības robežu, notiek dielektriskā sabrukšana. Tas ir tā iznīcināšanas process. Tas noved pie tā, ka šāda materiāla sabojāšanās vietā tiek zaudēti tā sākotnējie elektriskās izolācijas raksturlielumi.
Sadalījuma spriegums ir vērtība, pie kuras notiek dielektriskais pārrāvums.
Dielektrisko stiprumu raksturo lauka intensitātes vērtība.
Cieto dielektriķu sadalīšanās ir elektrisks vai termisks process. Tas ir balstīts uz parādībām, kas izraisa vērtīgu cieto izolācijas materiālu lavīnu pieaugumuelektriskā strāva.
Cieto dielektriķu sadalīšanai ir raksturīgas iezīmes:
- nav vai vāja atkarība no temperatūras un vadītspējas vērtības sprieguma;
- materiāla elektriskā izturība vienmērīgā laukā neatkarīgi no izmantotā dielektriskā materiāla biezuma;
- šauras mehāniskās izturības robežas;
- pirmkārt, strāva palielinās eksponenciāli, un cieto dielektriķu bojājumus pavada straujš strāvas pieaugums;
- nehomogēnā laukā šis process notiek vietā ar maksimālo lauka intensitāti.
Siltuma sadalījums
Parādās, ja ir lieli dielektriskie zudumi, kad materiāls tiek uzkarsēts ar citiem siltuma avotiem, kad siltumenerģija tiek slikti noņemta. Šāds dielektriķa sadalījums ir saistīts ar elektriskās strāvas palielināšanos krasas pretestības samazināšanās rezultātā apgabalā, kurā ir traucēta siltuma vadītspēja. Līdzīgs process tiek novērots līdz brīdim, kad novājinātajā vietā notiek dielektriķa pilnīga termiskā iznīcināšana. Piemēram, sākotnējais cietais elektriskās izolācijas materiāls izkusīs.
Zīmes
Dielektriskajam sadalījumam ir raksturīgas iezīmes:
- atrodas nekvalitatīvas siltuma aizvadīšanas vietā uz vidi;
- bojājuma spriegums samazinās, palielinoties apkārtējai temperatūrai;
- elektriskā izturība ir apgriezti proporcionāla dielektriķa biezumamslānis.
Vispārīgās īpašības
Raksturosim galvenos dielektriķu sabrukšanas veidus. Procesa būtība ir elektriskās izolācijas materiāla īpašību zudumā, kad tiek pārsniegta elektriskā lauka intensitātes kritiskā vērtība. Ir vairāki šī procesa veidi:
- dielektriķa elektriskais sadalījums;
- termiskais process;
- elektroķīmiskā novecošana.
Elektriskais variants rodas negatīvu elektronu triecienjonizācijas rezultātā, kas parādās spēcīgā elektriskā laukā. Šo procesu pavada straujš strāvas blīvuma pieaugums.
Izolatora termiskā procesa iemesls ir sistēmas radītā siltuma daudzuma palielināšanās elektriskās vadītspējas ietekmes vai dielektrisko zudumu rezultātā. Šāda bojājuma rezultāts ir elektriskās izolācijas materiāla termiskā iznīcināšana.
Mainoties dielektriķu pārrāvuma spriegumam, notiek transformācijas elektriskās izolācijas materiāla struktūrā, mainās arī dielektriķa ķīmiskais sastāvs. Tā rezultātā tiek novērota neatgriezeniska izolācijas pretestības samazināšanās. Šajā gadījumā notiek dielektriķa elektriskā novecošanās.
Gāzveida vidē
Kā notiek gāzveida dielektriķu sadalīšanās? Kosmiskā un radioaktīvā starojuma dēļ gaisa spraugās ir neliels skaits lādētu daļiņu. Laukā notiek negatīvo elektronu paātrinājums, kā rezultātā tie iegūst papildu enerģiju, kuras vērtība tieši atkarīga no lauka intensitātes undaļiņas vidējais ceļa garums pirms sadursmes. Pie ievērojamas intensitātes vērtības tiek novērots elektronu plūsmas pieaugums, kas izraisa spraugas sadalījumu. Šo procesu ietekmē vairāki faktori. Vissvarīgākais no tiem ir lauka opcija. Pastāv tieša saistība starp gāzes elektrisko stiprumu un spiedienu un temperatūru.
Šķidra vide
Šķidro dielektriķu sadalīšanās ir saistīta ar elektriskās izolācijas materiāla tīrību. Ir trīs grādi:
- cieto mehānisko piemaisījumu un emulsijas ūdens saturs dielektrikā;
- tehniski tīrs;
- rūpīgi iztīrīts un atgāzēts.
Rūpīgi notīrītos šķidrajos dielektriķos ir tikai elektrisks bojājuma variants. Šķidruma un gāzes blīvuma būtisko atšķirību dēļ elektronu ceļa garums samazinās, kas izraisa pārrāvuma sprieguma palielināšanos.
Mūsdienu elektroenerģētikā tiek izmantoti tehniski tīri šķidro dielektriķu veidi, tajos pieļaujama tikai neliela piemaisījumu klātbūtne.
Jāņem vērā, ka pat minimālais emulsijas ūdens daudzums šķidrajā elektroizolācijas materiālā izraisa spēcīgu elektriskās stiprības samazināšanos.
Tādējādi dielektriskā izturība un dielektriķu sadalījums ir saistīti lielumi. Apskatīsim sabrukšanas mehānismu šķidrā vidē. Emulsijas ūdens pilieni tiek polarizēti elektriskajā laukā, pēc tam tie iekrīt telpā starp polārajiem elektrodiem. Šeit tie tiek deformēti, sapludināti un veidojas tilti,ar nelielu elektrisko pretestību. Tieši uz viņiem notiek pārbaude. Tiltu izskats izraisa ievērojamu eļļas stiprības samazināšanos.
Elektroizolācijas materiālu īpašības
Aplūkotie cieto dielektriķu sadalīšanās veidi ir atraduši pielietojumu mūsdienu elektrotehnikā.
Starp šķidrajiem un pusšķidrajiem dielektriskajiem materiāliem, ko pašlaik izmanto tehnoloģijās, transformatoru un kondensatoru eļļas, kā arī sintētiskie šķidrumi: sovtol, sovol.
Minerāleļļas iegūst jēlnaftas frakcionētā destilācijā. To atsevišķiem veidiem ir atšķirības viskozitātē un elektriskajos parametros.
Piemēram, kabeļu un kondensatoru eļļas ir ļoti rafinētas, tāpēc tām ir izcilas dielektriskās īpašības. Neuzliesmojoši sintētiskie šķidrumi ir sovtols un sovol. Lai iegūtu pirmo, tiek veikta kristāliskā difenila hlorēšanas reakcija. Šis caurspīdīgais viskozs šķidrums ir toksisks un var kairināt gļotādu, tāpēc, strādājot ar šādu dielektriķi, rūpīgi jāievēro piesardzības pasākumi.
Sovtol ir trihlorbenzola un sovola maisījums, tāpēc šim elektroizolācijas materiālam ir raksturīga zemāka viskozitāte.
Abus sintētiskos šķidrumus izmanto, lai impregnētu modernos papīra kondensatorus, kas uzstādīti rūpnieciskajās maiņstrāvas un līdzstrāvas ierīcēs.
Bioloģiskāaugsta polimēru dielektriskie materiāli sastāv no daudzām monomēru molekulām. Dzintaram, dabiskajam kaučukam, ir augstas dielektriskās īpašības.
Vaksa materiāliem, piemēram, cerezīnam un parafīnam, ir izteikta kušanas temperatūra. Šādiem dielektriķiem ir polikristāliska struktūra.
Mūsdienu elektrotehnikā plastmasa, kas ir kompozītmateriāli, ir pieprasīta. Tie satur polimērus, sveķus, krāsvielas, stabilizatorus, kā arī plastificējošas sastāvdaļas. Saskaņā ar to saistību ar siltumu tos iedala termoplastiskajos un termoreaktīvos materiālos.
Darbiem gaisā tiek izmantots elektriskais kartons, kuram ir blīvāka struktūra, salīdzinot ar parasto materiālu.
Starp slāņveida elektroizolācijas materiāliem ar dielektriskām īpašībām mēs izceļam tekstolītu, getinakus, stiklšķiedru. Šie lamināti, kuros kā saistviela tiek izmantoti silikona vai rezoles sveķi, ir lieliski dielektriķi.
Parādības cēloņi
Ir dažādi iemesli, kāpēc dielektriķi sabojājas. Tāpēc joprojām nav universālas teorijas, kas pilnībā izskaidrotu šo fizisko procesu. Neatkarīgi no izolācijas varianta, bojājuma gadījumā tiek izveidots īpašas vadītspējas kanāls, kura lielums noved pie īssavienojuma šajā elektriskā ierīcē. Kādas ir šāda procesa sekas? Pastāv liela avārijas iespējamība, kuras rezultātāelektriskā ierīce tiks izņemta no ekspluatācijas.
Atkarībā no izolācijas sistēmas bojājumam var būt dažādas izpausmes. Cietiem dielektriķiem kanāls saglabā ievērojamu vadītspēju pat pēc strāvas izslēgšanas. Gāzveida un šķidriem elektroizolācijas materiāliem ir raksturīga augsta lādētu elektronu mobilitāte. Tāpēc sprieguma izmaiņu dēļ notiek tūlītēja pārtraukuma kanāla atjaunošana.
Šķidrumos sadalīšanos izraisa dažādi procesi. Pirmkārt, telpā starp elektrodiem veidojas optiskās neviendabības, šajās vietās šķidrums zaudē caurspīdīgumu. A. Gemanta teorija šķidra dielektriķa sadalīšanos uzskata par emulsiju. Saskaņā ar zinātnieku veiktajiem aprēķiniem elektriskā lauka darbības rezultātā mitruma pilieni iegūst iegarena dipola formu. Liela lauka intensitātes gadījumā tie apvienojas, kas veicina izlādi izveidotajā kanālā.
Veicot daudzus eksperimentus, tika konstatēts, ka, ja šķidrumā ir gāze, tad, strauji palielinoties spriegumam, pirms sadalīšanās parādīsies burbuļi. Tajā pašā laikā šādu šķidrumu pārrāvuma spriegums samazinās, samazinoties spiedienam vai palielinoties temperatūrai.
Secinājums
Mūsdienu dielektriskie materiāli uzlabojas, attīstoties elektroinstalācijas nozarei. Šobrīd dažādu veidu dielektriķu radīšanas tehnoloģija ir tik modernizēta, ka ir iespējams izveidot lētus dielektriķus ar augstu veiktspēju.
StarpVispieprasītākie materiāli ar atbilstošām īpašībām īpaši interesē stikls un stikla emaljas. Instalācija, sārma, lampa, kondensators, citi šī materiāla veidi ir amorfas struktūras vielas. Ja maisījumam pievieno kalcija un alumīnija oksīdus, ir iespējams uzlabot materiāla dielektriskās īpašības un samazināt sabrukšanas iespējamību.
Stikla emaljas ir materiāli, kuros uz metāla virsmas tiek uzklāts plāns stikla slānis. Šī tehnoloģija nodrošina drošu aizsardzību pret koroziju.
Visi materiāli ar elektroizolācijas īpašībām tiek plaši izmantoti mūsdienu tehnoloģijās. Ja dielektriķu sabrukums tiek novērsts savlaicīgi, ir pilnīgi iespējams novērst dārgu iekārtu bojājumus.
