قوة عازلة

تحدد قوة العزل قدرة العازل على تحمل الجهد الكهربائي المطبق عليه. لذلك ، تُفهم القوة الكهربائية للعزل الكهربائي على أنها متوسط ​​قيمة شدة المجال الكهربائي Epr التي يحدث عندها الانهيار الكهربائي في العازل.

الانهيار الكهربائي للعزل الكهربائي هو ظاهرة الزيادة الحادة في التوصيل الكهربائي لمادة معينة تحت تأثير الجهد المطبق عليها ، مع التشكيل اللاحق لقناة بلازما موصلة.

يسمى الانهيار الكهربائي في السوائل أو الغازات أيضًا بالتفريغ الكهربائي. في الواقع ، يتم تشكيل مثل هذا التفريغ تيار تفريغ مكثفتتكون بواسطة أقطاب كهربائية يتم تطبيق جهد الانهيار عليها.

في هذا السياق ، فإن جهد الانهيار Upr هو الجهد الذي يبدأ عنده الانهيار الكهربائي ، وبالتالي يمكن العثور على قوة العزل باستخدام الصيغة التالية (حيث h هي سماكة العينة المراد تقسيمها):

Epr = UNC / ساعة

من الواضح أن جهد الانهيار في أي حالة معينة يرتبط بالقوة العازلة للعزل الكهربائي المدروس ويعتمد على سمك الفجوة بين الأقطاب الكهربائية.وفقًا لذلك ، مع زيادة الفجوة بين الأقطاب الكهربائية ، تزداد قيمة جهد الانهيار أيضًا. في العوازل السائلة والغازية ، يحدث تطور التفريغ أثناء الانهيار بطرق مختلفة.

القوة العازلة للعوازل الغازية

التأين - عملية تحويل ذرة محايدة إلى أيون موجب أو سالب.

في عملية كسر فجوة كبيرة في عازل غاز ، تتبع عدة مراحل واحدة تلو الأخرى:

1. يظهر الإلكترون الحر في فجوة الغاز نتيجة التأين الضوئي لجزيء الغاز ، مباشرة من قطب كهربائي معدني أو عرضيًا.

2. يتم تسريع الإلكترون الحر الذي يظهر في الفجوة بواسطة المجال الكهربائي ، وتزداد طاقة الإلكترون وتصبح في النهاية كافية لتأين ذرة محايدة عند اصطدامها بها. وهذا يعني أن تأثير التأين يحدث.

3. نتيجة لتأثير العديد من إجراءات التأين ، يتشكل الانهيار الإلكترون ويتطور.

4. يتم تكوين غاسل - قناة بلازما تتكون من أيونات موجبة متبقية بعد مرور سيل من الإلكترونات ، والقناة السالبة ، والتي يتم سحبها الآن إلى البلازما موجبة الشحنة.

5. يؤدي التيار السعوي عبر جهاز التدفق إلى تأين حراري ويصبح التيار موصلًا.

6. عندما يتم إغلاق فجوة التفريغ بواسطة قناة التفريغ ، يحدث التفريغ الرئيسي.

إذا كانت فجوة التفريغ صغيرة بما يكفي ، فيمكن أن تنتهي عملية الانهيار بالفعل في مرحلة انهيار الانهيار الجليدي أو في مرحلة تكوين اللافتات - في مرحلة الشرارة.

يتم تحديد القوة الكهربائية للغازات من خلال:

• المسافة بين الأقطاب الكهربائية

• الضغط في الغاز المراد حفره ؛

• تقارب جزيئات الغاز للإلكترون ، الكهربية للغاز.

يتم شرح علاقة الضغط على النحو التالي. مع زيادة الضغط في الغاز ، تقل المسافات بين جزيئاته. أثناء التسارع ، يجب أن يكتسب الإلكترون نفس الطاقة بمسار حر أقصر بكثير ، وهو ما يكفي لتأيين الذرة.

يتم تحديد هذه الطاقة من خلال سرعة الإلكترون أثناء الاصطدام ، وتتطور السرعة بسبب التسارع من القوة المؤثرة على الإلكترون من المجال الكهربائي ، أي بسبب قوته.

يوضح منحنى باشن اعتماد جهد الانهيار Upr في الغاز على ناتج المسافة بين الأقطاب الكهربائية والضغط - p * h. على سبيل المثال ، بالنسبة للهواء عند p * h = 0.7 Pascal * meter ، يكون جهد الانهيار حوالي 330 فولت. ترجع الزيادة في جهد الانهيار إلى يسار هذه القيمة إلى حقيقة أن احتمال اصطدام الإلكترون بجزيء غاز يتناقص.

تقارب الإلكترون هو قدرة بعض الجزيئات المحايدة وذرات الغاز على ربط إلكترونات إضافية بنفسها وتصبح أيونات سالبة. في الغازات التي تحتوي على ذرات تقارب عالية للإلكترون ، في الغازات الكهربية ، تحتاج الإلكترونات إلى طاقة تسريع كبيرة لتشكيل انهيار جليدي.

من المعروف أنه في ظل الظروف العادية ، أي في درجة الحرارة والضغط العاديين ، تبلغ قوة العزل الكهربائي للهواء في فجوة 1 سم تقريبًا 3000 فولت / مم ، ولكن عند ضغط 0.3 ميجا باسكال (3 مرات أكثر من المعتاد) تصبح القوة العازلة لنفس الهواء قريبة من 10000 فولت / مم. بالنسبة لغاز SF6 ، وهو غاز كهربي ، تبلغ قوة العزل في الظروف العادية حوالي 8700 فولت / مم. وعند ضغط 0.3 ميجا باسكال يصل إلى 20000 فولت / مم.

القوة العازلة للعوازل السائلة

بالنسبة للعوازل السائلة ، فإن قوتها العازلة لا ترتبط مباشرة بتركيبها الكيميائي. والشيء الرئيسي الذي يؤثر على آلية الاضمحلال في السائل هو الترتيب القريب جدًا لجزيئاته ، مقارنة بالغاز. التأين الصدم ، المميز للغازات ، مستحيل في عازل سائل.

تبلغ طاقة التأين الناتجة حوالي 5 فولت ، وإذا عبرنا عن هذه الطاقة كمنتج لشدة المجال الكهربائي ، وشحنة الإلكترون ، ومتوسط ​​المسار الحر ، وهو حوالي 500 نانومتر ، ثم نحسب قوة العزل من ذلك ، فإننا الحصول على 10000000 فولت / مم ، وتتراوح القوة الكهربائية الحقيقية للسوائل من 20000 إلى 40000 فولت / مم.

تعتمد القوة العازلة للسوائل فعليًا على كمية الغاز في تلك السوائل. أيضًا ، تعتمد قوة العزل الكهربائي على حالة أسطح القطب الكهربائي التي يتم تطبيق الجهد عليها. يبدأ الانهيار إلى سائل بتفكك فقاعات غاز صغيرة.

يحتوي الغاز على ثابت عازل أقل بكثير ، لذا يتضح أن الجهد في الفقاعة أعلى منه في السائل المحيط. في هذه الحالة ، تكون القوة العازلة للغاز أقل. يؤدي تفريغ الفقاعات إلى نمو الفقاعات وفي النهاية يحدث تفكك السائل نتيجة التفريغ الجزئي في الفقاعات.

تلعب الشوائب دورًا مهمًا في آلية تطوير الانهيار في العوازل السائلة. ضع في اعتبارك ، على سبيل المثال ، زيت المحولات. السخام والماء كشوائب موصلة تقلل من قوة العزل زيت المحولات.

على الرغم من أن الماء لا يختلط عادة بالزيت ، إلا أن أصغر قطرات منه في الزيت تحت تأثير مجال كهربائي تستقطب ، وتشكل دوائر مع زيادة التوصيل الكهربائي مقارنة بالزيت المحيط ، ونتيجة لذلك ، يحدث انهيار الزيت على طول الدائرة.

لتحديد القوة العازلة للسوائل في الظروف المختبرية ، يتم استخدام أقطاب نصف كروية ، نصف قطرها أكبر بعدة مرات من المسافة بينهما. يتم إنشاء مجال كهربائي موحد في الفجوة بين الأقطاب الكهربائية. المسافة النموذجية 2.5 مم.

بالنسبة لزيت المحولات ، يجب ألا يقل جهد الانهيار عن 50000 فولت ، وتختلف أفضل عيناته في قيمة جهد الانهيار البالغة 80000 فولت. في الوقت نفسه ، تذكر أنه في نظرية التأثير المؤين ، كان يجب أن يكون هذا الجهد من 2،000،000 - 3،000،000 فولت.

لذلك ، لزيادة قوة العزل الكهربائي للعزل السائل ، من الضروري:

• تنظيف السائل من الجسيمات الموصلة الصلبة مثل الفحم والسخام وما إلى ذلك ؛

• أزل الماء من سائل العزل الكهربائي ؛

• تطهير السائل (إخلاء) ؛

• زيادة ضغط السوائل.

القوة العازلة للعوازل الصلبة

ترتبط قوة العزل الكهربائي للعوازل الصلبة بالوقت الذي يتم خلاله تطبيق جهد الانهيار. واعتمادًا على الوقت الذي يتم فيه تطبيق الجهد على العازل ، وعلى العمليات الفيزيائية التي تحدث في ذلك الوقت ، فإنهم يميزون:

• عطل كهربائي يحدث في أجزاء من الثواني بعد تطبيق الجهد ؛

• الانهيار الحراري الذي يحدث في ثوانٍ أو حتى ساعات ؛

• انهيار بسبب التفريغ الجزئي ، قد يكون وقت التعرض أكثر من عام.

تتمثل آلية تفكك المادة العازلة الصلبة في تدمير الروابط الكيميائية في مادة ما تحت تأثير الجهد المطبق ، مع تحويل المادة إلى بلازما. أي يمكننا التحدث عن التناسب بين القوة الكهربائية لعزل صلب وطاقة روابطه الكيميائية.

غالبًا ما تتجاوز العوازل الصلبة القوة العازلة للسوائل والغازات ، على سبيل المثال ، يمتلك الزجاج العازل قوة كهربائية تبلغ حوالي 70000 فولت / مم ، والبولي فينيل كلوريد - 40000 فولت / مم ، والبولي إيثيلين - 30000 فولت / مم.

يكمن سبب الانهيار الحراري في تسخين العازل بسبب خسارة عازلةعندما تتجاوز طاقة فقدان الطاقة الطاقة التي أزالها العازل.

مع زيادة درجة الحرارة ، يزداد عدد الموجات الحاملة ، وتزداد الموصلية ، وتزداد زاوية الفقد ، وبالتالي تزداد درجة الحرارة بشكل أكبر وتقل قوة العزل الكهربائي. نتيجة لذلك ، بسبب تسخين العازل الكهربائي ، يحدث الفشل الناتج عند جهد أقل من بدون تسخين ، أي إذا كان العطل كهربائيًا بحتًا.