Trước khi xem xét cơ chế phân hủy của chất điện môi, chúng ta hãy thử tìm hiểu các tính năng của những vật liệu này. Vật liệu cách điện là những chất cho phép bạn cách ly các bộ phận của thiết bị điện hoặc các phần tử mạch điện có các điện thế khác nhau.
Tính năng của vật liệu
So với các vật liệu dẫn điện, vật cách điện có điện trở cao hơn đáng kể. Đặc tính điển hình của những vật liệu này là tạo ra điện trường mạnh, cũng như tích tụ năng lượng. Tính chất này được sử dụng rộng rãi trong các tụ điện.
Phân loại
Theo trạng thái tập hợp, tất cả các vật liệu cách điện được chia thành thể lỏng, thể khí, thể rắn. Lớn nhất là nhóm cuối cùng của các chất điện môi. Chúng bao gồm nhựa, gốm sứ, vật liệu polyme cao.
Tùy thuộc vào thành phần hóa học, vật liệu cách điện được chia thành vô cơ và hữu cơ.
Carbon đóng vai trò là nguyên tố hóa học chính trong chất cách điện hữu cơ. Nhiệt độ tối đa chịu đượcvật liệu vô cơ: gốm sứ, mica.
Tùy thuộc vào phương pháp lấy chất điện môi, thông thường người ta chia chúng thành tổng hợp và tự nhiên (tự nhiên). Mỗi loại đều có những tính năng nhất định. Hiện tại, các chất tổng hợp là một nhóm lớn.
Vật liệu điện môi rắn được chia nhỏ thành các tiểu loại riêng biệt theo cấu trúc, thành phần, đặc tính công nghệ của vật liệu. Ví dụ, có chất cách điện bằng sáp, gốm, khoáng, phim.
Tất cả các vật liệu này đều được đặc trưng bởi tính dẫn điện. Theo thời gian, các chất như vậy cho thấy sự thay đổi giá trị hiện tại do sự giảm dòng điện hấp thụ. Từ một thời điểm nhất định trong vật liệu cách điện chỉ có dòng điện dẫn, tùy thuộc vào giá trị mà tính chất của vật liệu này phụ thuộc vào giá trị nào.
Tính năng của Quy trình
Nếu cường độ điện trường lớn hơn giới hạn cường độ điện thì xảy ra đánh thủng điện môi. Đây là quá trình hủy diệt của nó. Nó dẫn đến sự mất mát tại nơi đánh thủng bởi vật liệu như vậy về các đặc tính cách điện ban đầu của nó.
Điện áp đánh thủng là giá trị tại đó xảy ra đánh thủng chất điện môi.
Độ bền điện môi được đặc trưng bởi giá trị của cường độ trường.
Sự phân hủy chất điện môi rắn là một quá trình điện hoặc nhiệt. Nó dựa trên các hiện tượng dẫn đến sự gia tăng tuyết lở trong các vật liệu cách nhiệt rắn có giá trịdòng điện.
Sự phân hủy của các chất điện môi rắn có các tính năng đặc trưng:
- vắng mặt hoặc phụ thuộc yếu vào nhiệt độ và điện áp của giá trị độ dẫn điện;
- độ bền điện của vật liệu trong trường đồng nhất, bất kể độ dày của vật liệu điện môi được sử dụng;
- giới hạn hẹp của độ bền cơ học;
- đầu tiên, dòng điện tăng theo cấp số nhân và sự cố của các chất điện môi rắn đi kèm với sự gia tăng đột ngột của dòng điện;
- trong trường không đồng nhất, quá trình này xảy ra ở nơi có cường độ trường tối đa.
Sự cố nhiệt
Nó xuất hiện khi có tổn thất điện môi lớn, khi vật liệu bị đốt nóng bởi các nguồn nhiệt khác, khi nhiệt năng bị loại bỏ kém. Sự đánh thủng chất điện môi như vậy đi kèm với sự gia tăng dòng điện do điện trở giảm mạnh trong khu vực dẫn nhiệt bị suy giảm. Một quá trình tương tự được quan sát cho đến khi sự phá hủy nhiệt hoàn toàn của chất điện môi xảy ra ở nơi bị suy yếu. Ví dụ, vật liệu cách điện rắn ban đầu sẽ bị nóng chảy.
Dấu
Đánh thủng điện môi có các tính năng đặc trưng:
- xảy ra ở nơi thải nhiệt kém chất lượng ra môi trường;
- điện áp đánh thủng giảm khi nhiệt độ môi trường tăng;
- cường độ điện tỷ lệ nghịch với độ dày của chất điện môilớp.
Đặc điểm chung
Hãy mô tả đặc điểm của các dạng phân tích chính của chất điện môi. Bản chất của quá trình này nằm ở chỗ vật liệu cách điện bị mất các đặc tính của nó khi giá trị tới hạn của cường độ điện trường bị vượt quá. Có một số loại quy trình này:
- sự cố điện của chất điện môi;
- quá trình nhiệt;
- lão hoá điện hoá.
Biến thể điện xảy ra do sự ion hóa va chạm bởi các electron âm, xuất hiện trong một điện trường mạnh. Quá trình này đi kèm với sự gia tăng mạnh mẽ về mật độ dòng điện.
Lý do của quá trình nhiệt trong chất cách điện là sự gia tăng nhiệt lượng của hệ thống do ảnh hưởng của tính dẫn điện hoặc do tổn thất điện môi. Kết quả của sự cố như vậy là sự phá hủy nhiệt của vật liệu cách điện.
Khi điện áp đánh thủng của chất điện môi thay đổi, cấu trúc của vật liệu cách điện xảy ra sự biến đổi, và thành phần hóa học của chất điện môi cũng thay đổi. Kết quả là, điện trở cách điện giảm không thể đảo ngược được. Trong trường hợp này, sự lão hóa điện của chất điện môi xảy ra.
Trong môi trường khí
Sự phân hủy các chất điện môi ở thể khí xảy ra như thế nào? Do bức xạ vũ trụ và phóng xạ, có một số lượng nhỏ các hạt mang điện trong các khoảng trống không khí. Có một gia tốc của các điện tử âm trong trường, do đó chúng thu được năng lượng bổ sung, giá trị của nó phụ thuộc trực tiếp vào cường độ trường vàchiều dài đường đi trung bình của hạt trước va chạm. Ở một giá trị cường độ đáng kể, sự gia tăng dòng điện tử được quan sát thấy, gây ra sự phá vỡ khe hở. Quá trình này bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố. Điều quan trọng nhất trong số này là tùy chọn trường. Có một mối quan hệ trực tiếp giữa cường độ điện của khí với áp suất và nhiệt độ.
Vừa lỏng
Sự cố của chất điện môi lỏng liên quan đến độ tinh khiết của vật liệu cách điện. Có ba độ:
- hàm lượng tạp chất cơ học rắn và nước nhũ tương trong chất điện môi;
- sạch kỹ thuật;
- làm sạch và khử khí kỹ lưỡng.
Trong chất điện môi lỏng được làm sạch cẩn thận, chỉ có phiên bản điện của sự cố. Do sự khác biệt đáng kể về mật độ của chất lỏng và chất khí, chiều dài đường dẫn electron giảm, dẫn đến tăng điện áp đánh thủng.
Trong ngành năng lượng điện hiện đại, người ta sử dụng các loại điện môi lỏng tinh khiết về mặt kỹ thuật, chỉ cho phép có một chút tạp chất trong đó.
Cần phải lưu ý rằng ngay cả lượng nước nhũ tương tối thiểu trong vật liệu cách điện lỏng cũng gây ra sự giảm mạnh độ bền điện.
Như vậy, độ bền điện môi và sự đánh thủng của chất điện môi là các đại lượng liên quan. Chúng ta hãy xem xét cơ chế đánh thủng trong môi trường lỏng. Các giọt nước nhũ tương bị phân cực trong điện trường, sau đó chúng rơi vào khoảng không giữa các điện cực. Ở đây chúng bị biến dạng, hợp nhất và các cây cầu được hình thành,với ít điện trở. Đó là trên chúng mà thử nghiệm xảy ra. Sự xuất hiện của các cầu nối làm giảm đáng kể độ bền của dầu.
Tính năng của vật liệu cách điện
Các kiểu đánh thủng được coi là của chất điện môi rắn đã được tìm thấy ứng dụng của chúng trong kỹ thuật điện hiện đại.
Trong số các vật liệu điện môi lỏng và bán lỏng hiện đang được sử dụng trong công nghệ, dầu máy biến áp và tụ điện, cũng như chất lỏng tổng hợp: sovtol, sovol.
Dầu khoáng thu được từ quá trình chưng cất phân đoạn dầu thô. Giữa các loại riêng biệt của chúng có sự khác biệt về độ nhớt, đặc tính điện.
Ví dụ, dầu cáp và tụ điện được tinh chế cao, vì vậy chúng có đặc tính điện môi tuyệt vời. Chất lỏng tổng hợp không cháy là sovtol và sovol. Để thu được chất đầu tiên, người ta thực hiện phản ứng clo hóa điphenyl tinh thể. Chất lỏng nhớt trong suốt này rất độc và có thể gây kích ứng màng nhầy, do đó, khi làm việc với chất điện môi như vậy, phải cẩn thận đề phòng.
Sovtol là hỗn hợp của trichlorobenzen và sovol, vì vậy vật liệu cách điện này có đặc điểm là độ nhớt thấp hơn.
Cả hai chất lỏng tổng hợp đều được sử dụng để ngâm tẩm các tụ giấy hiện đại được lắp đặt trong các thiết bị AC và DC công nghiệp.
Hữu cơvật liệu điện môi polyme cao được cấu tạo từ nhiều phân tử monome. Hổ phách, cao su tự nhiên, có đặc tính điện môi cao.
Vật liệu sáp như ceresin và parafin có nhiệt độ nóng chảy riêng biệt. Các chất điện môi như vậy có cấu trúc đa tinh thể.
Trong kỹ thuật điện hiện đại, nhu cầu sử dụng nhựa, là vật liệu composite. Chúng chứa polyme, nhựa, thuốc nhuộm, chất ổn định, cũng như các thành phần hóa dẻo. Theo mối quan hệ của chúng với nhiệt, chúng được phân loại thành vật liệu nhiệt dẻo và vật liệu nhiệt rắn.
Đối với công việc trên không, các tông điện được sử dụng, có cấu trúc đặc hơn so với vật liệu thông thường.
Trong số các vật liệu cách điện nhiều lớp có đặc tính điện môi, chúng tôi làm nổi bật textolite, getinaks, sợi thủy tinh. Những tấm laminates này, sử dụng silicone hoặc nhựa cộng hưởng làm chất kết dính, là chất điện môi tuyệt vời.
Nguyên nhân của hiện tượng
Có nhiều lý do khác nhau dẫn đến sự cố của các chất điện môi. Do đó, vẫn chưa có lý thuyết phổ quát nào có thể giải thích đầy đủ quá trình vật lý này. Bất kể lựa chọn cách điện nào, trong trường hợp có sự cố, một kênh dẫn điện đặc biệt được hình thành, cường độ dẫn đến ngắn mạch trong thiết bị điện này. Hậu quả của một quá trình như vậy là gì? Có khả năng cao xảy ra trường hợp khẩn cấp, do đóthiết bị điện sẽ ngừng hoạt động.
Tùy theo hệ thống cách điện, sự cố có thể có những biểu hiện khác nhau. Đối với chất điện môi rắn, kênh vẫn giữ được độ dẫn điện đáng kể ngay cả sau khi dòng điện bị ngắt. Các vật liệu cách điện ở thể khí và thể lỏng được đặc trưng bởi tính linh động cao của các điện tử mang điện. Do đó, có sự khôi phục tức thời kênh sự cố do sự thay đổi điện áp.
Trong chất lỏng, sự phân hủy do nhiều quá trình khác nhau gây ra. Đầu tiên, sự không đồng nhất về mặt quang học được hình thành trong không gian giữa các điện cực, ở những nơi này chất lỏng mất đi độ trong suốt. Lý thuyết của A. Gemant coi sự phân hủy của chất điện môi lỏng là một chất nhũ tương. Theo tính toán của các nhà khoa học, do tác động của điện trường, các giọt ẩm có dạng một lưỡng cực thuôn dài. Trong trường hợp cường độ trường cao, chúng kết hợp với nhau, góp phần tạo ra sự phóng điện trong kênh hình thành.
Khi tiến hành nhiều thí nghiệm, người ta nhận thấy rằng nếu có một chất khí trong chất lỏng, thì khi hiệu điện thế tăng mạnh, các bong bóng sẽ xuất hiện trước khi đánh thủng. Đồng thời, điện áp đánh thủng của các chất lỏng như vậy giảm khi giảm áp suất hoặc khi tăng nhiệt độ.
Kết
Vật liệu điện môi hiện đại đang được cải tiến khi ngành điện phát triển. Hiện tại, công nghệ tạo ra nhiều loại chất điện môi đã được hiện đại hóa đến mức có thể tạo ra chất điện môi rẻ tiền với hiệu suất cao.
Trong sốCác vật liệu được yêu cầu nhiều nhất với các đặc tính tương ứng được quan tâm đặc biệt là thủy tinh và men thủy tinh. Lắp đặt, kiềm, đèn, tụ điện, các loại vật liệu khác là các chất có cấu trúc vô định hình. Khi bổ sung các oxit canxi và nhôm vào hỗn hợp, có thể cải thiện tính chất điện môi của vật liệu và giảm khả năng bị phân hủy.
Men thuỷ tinh là vật liệu trong đó một lớp thuỷ tinh mỏng được lắng đọng trên bề mặt kim loại. Công nghệ này cung cấp sự bảo vệ đáng tin cậy chống lại sự ăn mòn.
Tất cả các vật liệu có đặc tính cách điện đều được sử dụng rộng rãi trong công nghệ hiện đại. Nếu sự cố điện môi được ngăn chặn kịp thời, có thể tránh được thiệt hại cho các thiết bị đắt tiền.
