Antes de considerar os mecanismos de quebra dos dielétricos, vamos tentar descobrir as características desses materiais. Materiais isolantes elétricos são substâncias que permitem isolar partes de equipamentos elétricos ou elementos de circuitos com diferentes potenciais elétricos.
Recursos dos materiais
Em comparação com materiais condutores, os isolantes possuem uma resistência elétrica significativamente maior. Uma propriedade típica desses materiais é a criação de campos elétricos poderosos, bem como o acúmulo de energia. Esta propriedade é amplamente utilizada em capacitores.
Classificação
De acordo com o estado de agregação, todos os materiais isolantes elétricos são divididos em líquidos, gasosos e sólidos. O maior é o último grupo de dielétricos. Estes incluem plásticos, cerâmicas, materiais de alto polímero.
Dependendo da composição química, os materiais isolantes elétricos são divididos em inorgânicos e orgânicos.
Carbono atua como o principal elemento químico em isolantes orgânicos. As temperaturas máximas suportammateriais inorgânicos: cerâmica, mica.
Dependendo do método de obtenção dos dielétricos, costuma-se dividi-los em sintéticos e naturais (naturais). Cada tipo tem certas características. Atualmente, as substâncias sintéticas são um grande grupo.
Materiais dielétricos sólidos são subdivididos em subcategorias separadas de acordo com a estrutura, composição, características tecnológicas dos materiais. Por exemplo, existem isolantes de cera, cerâmica, mineral, filme.
Todos esses materiais são caracterizados pela condutividade elétrica. Com o tempo, essas substâncias mostram uma mudança no valor da corrente devido à diminuição da corrente de absorção. A partir de um certo momento no material isolante elétrico existe apenas uma corrente de condução, de cujo valor dependem as propriedades deste material.
Recursos do Processo
Se a força do campo elétrico for maior que o limite de força elétrica, ocorre a ruptura dielétrica. Este é o processo de sua destruição. Isso leva à perda no local de ruptura por tal material de suas características isolantes elétricas iniciais.
Tensão de ruptura é o valor no qual ocorre uma ruptura dielétrica.
A rigidez dielétrica é caracterizada pelo valor da intensidade do campo.
A quebra de dielétricos sólidos é um processo elétrico ou térmico. Baseia-se em fenômenos que levam a um aumento avalanche de materiais isolantes sólidos do valorcorrente elétrica.
A decomposição de dielétricos sólidos tem características:
- ausência ou dependência fraca da temperatura e tensão do valor de condutividade;
- força elétrica de um material em campo uniforme, independentemente da espessura do material dielétrico utilizado;
- limites estreitos de resistência mecânica;
- primeiro, a corrente aumenta exponencialmente e as quebras de dielétricos sólidos são acompanhadas por um aumento abrupto na corrente;
- em um campo não homogêneo, esse processo ocorre em um local com intensidade máxima de campo.
Quebra térmica
Aparece quando há grandes perdas dielétricas, quando o material é aquecido por outras fontes de calor, quando a energia térmica é mal removida. Essa quebra do dielétrico é acompanhada por um aumento na corrente elétrica como resultado de uma diminuição acentuada da resistência na área onde a condução de calor é prejudicada. Um processo semelhante é observado até que ocorra a destruição térmica completa do dielétrico no local enfraquecido. Por exemplo, o material isolante elétrico sólido original irá derreter.
Sinais
A ruptura dielétrica tem características:
- ocorre em local de baixa qualidade de remoção de calor para o meio ambiente;
- tensão de ruptura diminui com o aumento da temperatura ambiente;
- força elétrica é inversamente proporcional à espessura do dielétricocamada.
Características gerais
Vamos caracterizar os principais tipos de quebra de dielétricos. A essência do processo está na perda do material isolante elétrico de suas características quando o valor crítico da força do campo elétrico é excedido. Existem vários tipos desse processo:
- quebra elétrica do dielétrico;
- processo térmico;
- envelhecimento eletroquímico.
A variante elétrica ocorre como resultado da ionização por impacto por elétrons negativos, aparecendo em um poderoso campo elétrico. Este processo é acompanhado por um aumento acentuado na densidade de corrente.
O motivo do processo térmico no isolante é um aumento na quantidade de calor gerado pelo sistema devido aos efeitos da condutividade elétrica ou como resultado de perdas dielétricas. O resultado de tal avaria é a destruição térmica do material isolante elétrico.
Quando a tensão de ruptura dos dielétricos muda, ocorrem transformações na estrutura do material isolante elétrico, e a composição química do dielétrico também muda. Como resultado, observa-se uma diminuição irreversível da resistência de isolamento. Neste caso, ocorre o envelhecimento elétrico do dielétrico.
Em meio gasoso
Como ocorre a quebra de dielétricos gasosos? Devido à radiação cósmica e radioativa, há um pequeno número de partículas carregadas nos entreferros. Há uma aceleração de elétrons negativos no campo, como resultado da qual eles adquirem energia adicional, cujo valor depende diretamente da intensidade do campo ecomprimento médio do caminho da partícula antes da colisão. Em um valor de intensidade significativo, um aumento no fluxo de elétrons é observado, o que causa uma quebra do gap. Este processo é influenciado por vários fatores. A mais importante delas é a opção de campo. Existe uma relação direta entre a força elétrica do gás e a pressão e a temperatura.
Meio líquido
A quebra de dielétricos líquidos está relacionada à pureza do material isolante elétrico. Existem três graus:
- teor de impurezas mecânicas sólidas e água de emulsão no dielétrico;
- tecnicamente limpo;
- completamente limpo e desgaseificado.
Em dielétricos líquidos cuidadosamente limpos, há apenas uma versão elétrica de avaria. Devido à diferença significativa nas densidades do líquido e do gás, o comprimento do caminho do elétron diminui, o que leva a um aumento na tensão de ruptura.
Na indústria de energia elétrica moderna, tipos tecnicamente puros de dielétricos líquidos são usados, apenas uma pequena presença de impurezas neles é permitida.
Deve-se levar em consideração que mesmo a quantidade mínima de água de emulsão no material isolante elétrico líquido causa uma forte redução na resistência elétrica.
Assim, rigidez dielétrica e quebra de dielétricos são grandezas relacionadas. Vamos considerar o mecanismo de quebra em um meio líquido. Gotas de água de emulsão são polarizadas em um campo elétrico e, em seguida, caem no espaço entre os eletrodos polares. Aqui eles são deformados, fundidos, e pontes são formadas,com pouca resistência elétrica. É neles que o teste ocorre. O aparecimento de pontes provoca uma redução significativa na resistência do óleo.
Características dos materiais isolantes elétricos
Os tipos considerados de quebra de dielétricos sólidos encontraram sua aplicação na engenharia elétrica moderna.
Entre os materiais dielétricos líquidos e semilíquidos atualmente utilizados em tecnologia, óleos de transformadores e capacitores, além de fluidos sintéticos: sovtol, sovol.
Os óleos minerais são obtidos a partir da destilação fracionada do petróleo bruto. Entre seus tipos individuais existem diferenças na viscosidade, características elétricas.
Por exemplo, óleos para cabos e capacitores são altamente refinados, portanto, possuem excelentes características dielétricas. Os líquidos sintéticos não inflamáveis são sovtol e sovol. Para obter o primeiro, é realizada uma reação de cloração do difenil cristalino. Este líquido viscoso transparente é tóxico e pode irritar a membrana mucosa, portanto, ao trabalhar com esse dielétrico, as precauções devem ser observadas cuidadosamente.
Sovtol é uma mistura de triclorobenzeno e sovol, portanto, este material isolante elétrico é caracterizado por uma viscosidade mais baixa.
Ambos os fluidos sintéticos são usados para impregnar modernos capacitores de papel instalados em dispositivos industriais CA e CC.
Orgânicomateriais dielétricos de alto polímero são compostos de muitas moléculas de monômero. Âmbar, borracha natural, possui altas características dielétricas.
Materiais cerosos como a ceresina e a parafina têm um ponto de fusão distinto. Tais dielétricos têm uma estrutura policristalina.
Na engenharia elétrica moderna, os plásticos, que são materiais compostos, estão em demanda. Eles contêm polímeros, resinas, corantes, agentes estabilizantes, bem como componentes plastificantes. De acordo com sua relação com o calor, eles são classificados em materiais termoplásticos e termofixos.
Para trabalhos no ar, utiliza-se papelão elétrico, que possui uma estrutura mais densa em relação ao material convencional.
Entre os materiais isolantes elétricos em camadas com características dielétricas, destacamos textolite, getinaks, fibra de vidro. Esses laminados, que utilizam resinas de silicone ou resol como aglutinantes, são excelentes dielétricos.
Causas do fenômeno
Existem várias razões para a quebra de dielétricos. Portanto, ainda não existe uma teoria universal que explique completamente esse processo físico. Independentemente da opção de isolamento, em caso de avaria, é formado um canal de condutividade especial, cuja magnitude leva a um curto-circuito neste dispositivo elétrico. Quais são as consequências de tal processo? Há uma alta probabilidade de uma emergência, como resultado da qualdispositivo elétrico será retirado de serviço.
Dependendo do sistema de isolamento, a avaria pode ter diferentes manifestações. Para dielétricos sólidos, o canal retém condutividade significativa mesmo depois que a corrente é desligada. Os materiais isolantes elétricos gasosos e líquidos são caracterizados pela alta mobilidade de elétrons carregados. Portanto, há uma restauração instantânea do canal de ruptura devido a uma mudança na tensão.
Em líquidos, a quebra é causada por vários processos. Em primeiro lugar, formam-se heterogeneidades ópticas no espaço entre os eletrodos, nesses locais o líquido perde sua transparência. A teoria de A. Gemant considera a quebra de um dielétrico líquido como uma emulsão. De acordo com cálculos realizados por cientistas, devido à ação de um campo elétrico, as gotas de umidade assumem a forma de um dipolo alongado. No caso de uma alta intensidade de campo, eles se combinam, o que contribui para a descarga no canal formado.
Ao realizar vários experimentos, descobriu-se que, se houver um gás no líquido, com um aumento acentuado da tensão, as bolhas aparecerão antes da quebra. Ao mesmo tempo, a tensão de ruptura de tais líquidos diminui com a diminuição da pressão ou com o aumento da temperatura.
Conclusão
Os materiais dielétricos modernos estão melhorando à medida que a indústria elétrica se desenvolve. Atualmente, a tecnologia para a criação de vários tipos de dielétricos foi tão modernizada que é possível criar dielétricos baratos e de alto desempenho.
EntreOs materiais mais procurados com as características correspondentes são de particular interesse para o vidro e os esm altes de vidro. Instalação, alcalina, lâmpada, capacitor, outros tipos deste material são substâncias de estrutura amorfa. Quando óxidos de cálcio e alumínio são adicionados à mistura, é possível melhorar as propriedades dielétricas do material e reduzir a probabilidade de quebra.
Esm altes de vidro são materiais nos quais uma fina camada de vidro é depositada na superfície do metal. Esta tecnologia oferece proteção confiável contra corrosão.
Todos os materiais com características de isolamento elétrico são amplamente utilizados na tecnologia moderna. Se a ruptura dielétrica for evitada a tempo, é bem possível evitar danos a equipamentos caros.
