Диэлектриктердің ыдырау механизмдерін қарастырмас бұрын, осы материалдардың ерекшеліктерін білуге тырысайық. Электроқшаулағыш материалдар – әртүрлі электрлік потенциалы бар электр жабдығының бөліктерін немесе тізбек элементтерін оқшаулауға мүмкіндік беретін заттар.
Материалдардың ерекшеліктері
Өткізгіш материалдармен салыстырғанда оқшаулағыштардың электрлік кедергісі айтарлықтай жоғары. Бұл материалдардың типтік қасиеті - қуатты электр өрістерін құру, сондай-ақ энергияны жинақтау. Бұл қасиет конденсаторларда кеңінен қолданылады.
Жіктеу
Агрегация күйі бойынша барлық электроқшаулағыш материалдар сұйық, газтәрізді, қатты болып бөлінеді. Ең үлкені диэлектриктердің соңғы тобы. Оларға пластик, керамика, жоғары полимерлі материалдар кіреді.
Химиялық құрамына байланысты электр оқшаулағыш материалдар бейорганикалық және органикалық болып бөлінеді.
Көміртек органикалық изоляторлардағы негізгі химиялық элемент ретінде әрекет етеді. Максималды температураға төзімдібейорганикалық материалдар: керамика, слюда.
Диэлектриктерді алу әдісіне қарай оларды синтетикалық және табиғи (табиғи) деп бөлу әдетке айналған. Әрбір түрдің белгілі бір ерекшеліктері бар. Қазіргі уақытта синтетикалық заттар үлкен топ болып табылады.
Қатты диэлектрлік материалдар құрылымы, құрамы, материалдардың технологиялық сипаттамалары бойынша одан әрі жеке ішкі категорияларға бөлінеді. Мысалы, балауыз, керамикалық, минералды, пленкалы оқшаулағыштар бар.
Бұл материалдардың барлығы электр өткізгіштігімен сипатталады. Уақыт өте келе мұндай заттар абсорбциялық токтың төмендеуіне байланысты ток шамасының өзгеруін көрсетеді. Белгілі бір сәттен бастап электр оқшаулағыш материалда тек өткізгіштік ток болады, оның мәніне осы материалдың қасиеттері тәуелді.
Процесс мүмкіндіктері
Егер электр өрісінің кернеулігі электрлік беріктік шегінен жоғары болса, диэлектриктің бұзылуы орын алады. Бұл оның жойылу процесі. Бұл материалдың сынған жерінде өзінің бастапқы электрлік оқшаулау сипаттамаларының жоғалуына әкеледі.
Үзіліс кернеуі – диэлектриктің бұзылуы орын алатын мән.
Диэлектрлік беріктік өріс кернеулігінің мәнімен сипатталады.
Қатты диэлектриктердің ыдырауы – электрлік немесе жылулық процесс. Ол құнның қатты оқшаулағыш материалдарының көшкінінің ұлғаюына әкелетін құбылыстарға негізделгенэлектр тогы.
Қатты диэлектриктердің ыдырауының өзіне тән белгілері бар:
- өткізгіштік мәнінің температура мен кернеуге болмауы немесе әлсіз тәуелділігі;
- қолданылатын диэлектрлік материалдың қалыңдығына қарамастан біркелкі өрістегі материалдың электрлік беріктігі;
- механикалық беріктіктің тар шектері;
- біріншіден, ток экспоненциалды түрде артады, ал қатты диэлектриктердің бұзылуы токтың күрт өсуімен бірге жүреді;
- біртекті емес өрісте бұл процесс өріс күші максималды жерде орын алады.
Термиялық бұзылу
Үлкен диэлектрлік шығындар болған кезде, материалды басқа жылу көздерімен қыздырғанда, жылу энергиясы нашар шығарылғанда пайда болады. Диэлектриктің мұндай бұзылуы жылу өткізгіштігі бұзылған аймақта кедергінің күрт төмендеуі нәтижесінде электр тогының жоғарылауымен бірге жүреді. Осыған ұқсас процесс диэлектриктің толық термиялық бұзылуы әлсіреген жерде болғанша байқалады. Мысалы, түпнұсқа қатты электр оқшаулағыш материал ериді.
Белгілер
Диэлектрлік бұзылудың өзіне тән белгілері бар:
- қоршаған ортаға жылуды сапасыз түсіретін жерде болады;
- қоршаған орта температурасы жоғарылаған сайын бұзылу кернеуі төмендейді;
- электрлік беріктік диэлектриктің қалыңдығына кері пропорционалқабат.
Жалпы сипаттамалар
Диэлектриктердің ыдырауының негізгі түрлерін сипаттайық. Процестің мәні электр өрісінің кернеулігінің критикалық мәнінен асып кеткен кезде оның сипаттамаларының электр оқшаулағыш материалын жоғалтуында жатыр. Бұл процестің бірнеше түрі бар:
- диэлектриктің электрлік ыдырауы;
- термиялық процесс;
- электрохимиялық қартаю.
Электрлік нұсқа күшті электр өрісінде пайда болатын теріс электрондармен әсер ету иондалуы нәтижесінде пайда болады. Бұл процесс ток тығыздығының күрт өсуімен бірге жүреді.
Оқшаулағыштағы жылу процесінің себебі электрөткізгіштік әсерінен немесе диэлектрлік жоғалтулар нәтижесінде жүйе түзетін жылу мөлшерінің артуы. Мұндай бұзылудың нәтижесі электр оқшаулағыш материалдың термиялық бұзылуы болып табылады.
Диэлектриктердің ыдырау кернеуі өзгерген кезде электр оқшаулағыш материалдың құрылымында түрлендірулер жүреді және диэлектриктің химиялық құрамы да өзгереді. Нәтижесінде оқшаулау кедергісінің қайтымсыз төмендеуі байқалады. Бұл жағдайда диэлектриктің электрлік қартаюы орын алады.
Газ тәрізді ортада
Газ тәрізді диэлектриктердің ыдырауы қалай жүреді? Ғарыштық және радиоактивті сәулеленудің әсерінен ауа саңылауларында аздаған зарядталған бөлшектер болады. Өрісте теріс электрондардың үдеуі байқалады, нәтижесінде олар қосымша энергияға ие болады, оның мәні өрістің кернеулігіне жәнесоқтығысуға дейінгі бөлшектің орташа жол ұзындығы. Елеулі қарқындылық шамасында электрон ағынының ұлғаюы байқалады, бұл саңылаудың бұзылуын тудырады. Бұл процеске бірнеше факторлар әсер етеді. Олардың ішіндегі ең маңыздысы өріс опциясы. Газдың электрлік күші мен қысым мен температура арасында тікелей байланыс бар.
Сұйық орта
Сұйық диэлектриктердің ыдырауы электр оқшаулағыш материалдың тазалығына байланысты. Үш дәреже бар:
- диэлектриктегі қатты механикалық қоспалар мен эмульсиялық судың мөлшері;
- техникалық таза;
- мұқият тазартылған және газсыздандырылған.
Мұқият тазартылған сұйық диэлектриктерде бұзылудың тек электрлік нұсқасы бар. Сұйық пен газдың тығыздықтарының айтарлықтай айырмашылығына байланысты электрон жолының ұзындығы азаяды, бұл бұзылу кернеуінің жоғарылауына әкеледі.
Қазіргі заманғы электр энергетикасында сұйық диэлектриктердің техникалық таза түрлері пайдаланылады, оларда қоспалардың шамалы болуына ғана рұқсат етіледі.
Сұйық электр оқшаулағыш материалдағы эмульсиялық судың ең аз мөлшерінің өзі электр беріктігінің қатты төмендеуіне әкелетінін ескеру қажет.
Осылайша, диэлектриктердің беріктігі мен диэлектриктердің ыдырауы өзара байланысты шамалар. Сұйық ортадағы ыдырау механизмін қарастырайық. Эмульсия суының тамшылары электр өрісінде поляризацияланады, содан кейін олар полярлық электродтар арасындағы кеңістікке түседі. Мұнда олар деформацияланып, біріктіріліп, көпірлер пайда болады,аз электр кедергісі бар. Сынақ оларда болады. Көпірлердің пайда болуы майдың беріктігінің айтарлықтай төмендеуіне әкеледі.
Электр оқшаулағыш материалдардың ерекшеліктері
Қатты диэлектриктердің ыдырауының қарастырылған түрлері қазіргі электротехникада өз қолдануын тапты.
Қазіргі уақытта технологияда қолданылатын сұйық және жартылай сұйық диэлектрлік материалдардың ішінде трансформатор және конденсатор майлары, сонымен қатар синтетикалық сұйықтықтар: совтол, соволь.
Минералды майлар шикі мұнайды фракциялық айдаудан алады. Олардың жеке түрлерінің арасында тұтқырлық, электрлік сипаттамаларда айырмашылықтар бар.
Мысалы, кабель және конденсатор майлары жоғары тазартылған, сондықтан олар тамаша диэлектрлік сипаттамаларға ие. Жанбайтын синтетикалық сұйықтықтар - совтол және соволь. Біріншісін алу үшін кристалды дифенилді хлорлау реакциясы жүргізіледі. Бұл мөлдір тұтқыр сұйықтық улы және шырышты қабықты тітіркендіруі мүмкін, сондықтан мұндай диэлектрикпен жұмыс істегенде сақтық шараларын мұқият сақтау керек.
Совтол - трихлорбензол мен соволь қоспасы, сондықтан бұл электр оқшаулағыш материал төмен тұтқырлығымен сипатталады.
Синтетикалық сұйықтықтардың екеуі де өнеркәсіптік айнымалы ток және тұрақты ток құрылғыларында орнатылған заманауи қағаз конденсаторларын сіңдіру үшін қолданылады.
Органикалықжоғары полимерлі диэлектрлік материалдар көптеген мономер молекулаларынан тұрады. Кәріптас, табиғи каучук, жоғары диэлектрлік сипаттамаларға ие.
Церезин және парафин сияқты балауыз материалдардың балқу температурасы ерекше. Мұндай диэлектриктер поликристалды құрылымға ие.
Қазіргі электротехникада композициялық материалдар болып табылатын пластмасса сұранысқа ие. Олардың құрамында полимерлер, шайырлар, бояғыштар, тұрақтандырғыштар, сондай-ақ пластиктендіргіш компоненттер бар. Жылуға қатынасы бойынша олар термопластикалық және термосеттік материалдар болып жіктеледі.
Ауада жұмыс істеу үшін әдеттегі материалмен салыстырғанда құрылымы тығызырақ электр картон қолданылады.
Диэлектрлік сипаттамалары бар қабатты электр оқшаулағыш материалдардың ішінде біз текстолитті, гетинаксты, шыны талшықты ерекшелейміз. Тұтқыр ретінде силиконды немесе резолды шайырларды пайдаланатын бұл ламинаттар тамаша диэлектриктер болып табылады.
Құбылыстың себептері
Диэлектриктердің ыдырауының әртүрлі себептері бар. Сондықтан бұл физикалық процесті толық түсіндіретін әмбебап теория әлі жоқ. Оқшаулау опциясына қарамастан, бұзылған жағдайда арнайы өткізгіштік арнасы қалыптасады, оның шамасы осы электр құрылғысында қысқа тұйықталуға әкеледі. Мұндай процестің салдары қандай? Төтенше жағдайдың ықтималдығы жоғары, соның салдарынанэлектр құрылғысы жұмыстан шығарылады.
Оқшаулау жүйесіне байланысты бұзылу әртүрлі көріністерге ие болуы мүмкін. Қатты диэлектриктер үшін арна ток өшірілгеннен кейін де айтарлықтай өткізгіштігін сақтайды. Газ тәрізді және сұйық электр оқшаулағыш материалдар зарядталған электрондардың жоғары қозғалғыштығымен сипатталады. Сондықтан кернеудің өзгеруіне байланысты бұзылу арнасының лезде қалпына келуі бар.
Сұйықтықта бұзылу әртүрлі процестердің әсерінен болады. Біріншіден, электродтар арасындағы кеңістікте оптикалық біртексіздіктер пайда болады, бұл жерлерде сұйықтық өзінің мөлдірлігін жоғалтады. А. Гемант теориясы сұйық диэлектриктің ыдырауын эмульсия ретінде қарастырады. Ғалымдар жүргізген есептеулер бойынша, электр өрісінің әсерінен ылғал тамшылары ұзартылған диполь түрінде болады. Өріс күші жоғары болған жағдайда олар біріктіріледі, бұл қалыптасқан арнадағы разрядқа ықпал етеді.
Көптеген тәжірибелер жүргізгенде, егер сұйықтықта газ болса, онда кернеудің күрт артуы кезінде бұзылу алдында көпіршіктер пайда болатыны анықталды. Сонымен қатар мұндай сұйықтықтардың бұзылу кернеуі қысымның төмендеуімен немесе температураның жоғарылауымен төмендейді.
Қорытынды
Электр өнеркәсібі дамыған сайын заманауи диэлектрлік материалдар жақсаруда. Қазіргі уақытта диэлектриктердің әртүрлі түрлерін жасау технологиясының жаңартылғаны соншалық, жоғары өнімділігі бар қымбат емес диэлектриктерді жасауға болады.
АрасындаСәйкес сипаттамалары бар ең сұранысқа ие материалдар шыны және шыны эмальдарына ерекше қызығушылық тудырады. Орнату, сілтілі, шам, конденсатор, осы материалдың басқа түрлері аморфты құрылымның заттары болып табылады. Қоспаға кальций мен алюминий оксидтерін қосқанда материалдың диэлектрлік қасиеттерін жақсартуға және бұзылу ықтималдығын азайтуға болады.
Шыны эмальдары – металл бетіне жұқа шыны қабаты түсетін материалдар. Бұл технология коррозиядан сенімді қорғауды қамтамасыз етеді.
Электр оқшаулағыш сипаттамалары бар барлық материалдар заманауи технологияда кеңінен қолданылады. Егер диэлектриктердің бұзылуы дер кезінде алдын алса, қымбат тұратын жабдықтың зақымдалуын болдырмауға әбден болады.
