قبل التفكير في آليات انهيار العوازل ، دعنا نحاول معرفة ميزات هذه المواد. المواد العازلة للكهرباء هي مواد تسمح لك بعزل أجزاء من المعدات الكهربائية أو عناصر الدائرة التي لها إمكانات كهربائية مختلفة.
ميزات المواد
بالمقارنة مع المواد الموصلة ، تتمتع العوازل بمقاومة كهربائية أعلى بكثير. الخاصية النموذجية لهذه المواد هي إنشاء مجالات كهربائية قوية ، وكذلك تراكم الطاقة. تستخدم هذه الخاصية على نطاق واسع في المكثفات.
التصنيف
وفقًا لحالة التجميع ، يتم تقسيم جميع مواد العزل الكهربائي إلى سائل ، غازي ، صلب. أكبر مجموعة هي الأخيرة من العوازل. وتشمل هذه المواد البلاستيكية والسيراميك والمواد عالية البوليمر.
اعتمادًا على التركيب الكيميائي ، تنقسم مواد العزل الكهربائي إلى مواد عضوية وغير عضوية.
يعمل الكربون كعنصر كيميائي رئيسي في العوازل العضوية. درجات الحرارة القصوى تتحملمواد غير عضوية: سيراميك ، ميكا.
اعتمادًا على طريقة الحصول على المواد العازلة ، من المعتاد تقسيمها إلى مواد تركيبية وطبيعية (طبيعية). كل نوع له ميزات معينة. حاليا ، المواد الاصطناعية هي مجموعة كبيرة.
تنقسم المواد العازلة الصلبة إلى فئات فرعية منفصلة وفقًا للهيكل والتكوين والخصائص التكنولوجية للمواد. على سبيل المثال ، هناك عوازل شمعية وسيراميك ومعدنية وغشاء.
كل هذه المواد تتميز بالتوصيل الكهربائي. بمرور الوقت ، تظهر هذه المواد تغيرًا في القيمة الحالية بسبب انخفاض تيار الامتصاص. من لحظة معينة في مادة العزل الكهربائي ، لا يوجد سوى تيار توصيل ، تعتمد قيمته على خصائص هذه المادة.
ميزات العملية
إذا كانت شدة المجال الكهربائي أكبر من حد القوة الكهربائية ، يحدث الانهيار العازل. هذه هي عملية تدميرها. إنه يؤدي إلى فقدان خصائص العزل الكهربائي الأولية في مكان الانهيار بواسطة هذه المادة.
جهد الانهيار هو القيمة التي يحدث عندها انهيار عازل.
تتميز قوة العزل بقيمة شدة المجال.
انهيار العوازل الصلبة هو عملية كهربائية أو حرارية. وهو يقوم على الظواهر التي تؤدي إلى زيادة الانهيار الجليدي في المواد العازلة الصلبة ذات القيمةالتيار الكهربائي
انهيار العوازل الصلبة له سمات مميزة:
- غياب أو ضعف الاعتماد على درجة الحرارة والجهد لقيمة التوصيل ؛
- القوة الكهربائية لمادة في مجال موحد ، بغض النظر عن سمك المادة العازلة المستخدمة ؛
- حدود ضيقة للقوة الميكانيكية ؛
- أولاً ، يزيد التيار أضعافًا مضاعفة ، ويصاحب انهيار العوازل الصلبة زيادة مفاجئة في التيار ؛
- في مجال غير متجانس ، تحدث هذه العملية في مكان بقوة مجال قصوى.
الانهيار الحراري
يظهر عندما تكون هناك خسائر كبيرة في العوازل ، عندما يتم تسخين المادة بواسطة مصادر حرارة أخرى ، عندما يتم إزالة الطاقة الحرارية بشكل سيئ. هذا الانهيار للعزل الكهربائي مصحوب بزيادة في التيار الكهربائي نتيجة لانخفاض حاد في المقاومة في المنطقة التي يكون فيها التوصيل الحراري ضعيفًا. لوحظت عملية مماثلة حتى يحدث التدمير الحراري الكامل للعازل في المكان الضعيف. على سبيل المثال ، ستذوب مادة العزل الكهربائية الأصلية.
علامات
الانهيار العازل له ميزات مميزة:
- يحدث في مكان ذو نوعية رديئة من إزالة الحرارة للبيئة ؛
- انخفاض الجهد الانهيار مع زيادة درجة الحرارة المحيطة ؛
- تتناسب القوة الكهربائية عكسياً مع سمك العازلطبقة
الخصائص العامة
دعونا نميز الأنواع الرئيسية لانهيار العوازل. يكمن جوهر العملية في فقدان مادة العزل الكهربائي لخصائصها عندما يتم تجاوز القيمة الحرجة لشدة المجال الكهربائي. هناك عدة أنواع من هذه العملية:
- الانهيار الكهربائي للعزل ؛
- عملية حرارية ؛
- الشيخوخة الكهروكيميائية.
يحدث المتغير الكهربائي نتيجة تأثير التأين بواسطة الإلكترونات السالبة ، والذي يظهر في مجال كهربائي قوي. هذه العملية مصحوبة بزيادة حادة في كثافة التيار
سبب العملية الحرارية في العازل هو زيادة كمية الحرارة التي يولدها النظام نتيجة لتأثيرات التوصيل الكهربائي أو نتيجة فقد العازل. نتيجة هذا الانهيار هو التدمير الحراري لمادة العزل الكهربائي.
عندما يتغير جهد انهيار العوازل ، تحدث التحولات في بنية مادة العزل الكهربائي ، كما يتغير التركيب الكيميائي للعزل الكهربائي. نتيجة لذلك ، لوحظ انخفاض لا رجعة فيه في مقاومة العزل. في هذه الحالة ، يحدث تقادم كهربائي للعزل.
في وسط غازي
كيف يحدث انهيار العوازل الغازية؟ بسبب الإشعاع الكوني والإشعاعي ، يوجد عدد قليل من الجسيمات المشحونة في فجوات الهواء. هناك تسارع للإلكترونات السالبة في المجال ، ونتيجة لذلك تكتسب طاقة إضافية ، وتعتمد قيمتها بشكل مباشر على قوة المجال ويعني طول مسار الجسيم قبل الاصطدام. عند قيمة شدة كبيرة ، لوحظ زيادة في تدفق الإلكترون ، مما يؤدي إلى انهيار الفجوة. تتأثر هذه العملية بعدة عوامل. والأهم من ذلك هو الخيار الميداني. هناك علاقة طردية بين القوة الكهربائية للغاز والضغط ودرجة الحرارة.
وسط سائل
يرتبط انهيار العوازل السائلة بنقاء مادة العزل الكهربائي. هناك ثلاث درجات:
- محتوى الشوائب الميكانيكية الصلبة وماء المستحلب في العازل ؛
- نظيف تقنيا
- تم تنظيفها وإزالتها تمامًا من الغاز.
في العوازل السائلة التي تم تنظيفها بعناية ، لا يوجد سوى نسخة كهربائية من الانهيار. بسبب الاختلاف الكبير في كثافة السائل والغاز ، يتناقص طول مسار الإلكترون ، مما يؤدي إلى زيادة جهد الانهيار.
في صناعة الطاقة الكهربائية الحديثة ، يتم استخدام أنواع نقية تقنيًا من العوازل السائلة ، ولا يُسمح إلا بوجود القليل من الشوائب فيها.
يجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه حتى الحد الأدنى من الماء المستحلب في مادة العزل الكهربائي السائل يؤدي إلى انخفاض كبير في القوة الكهربائية.
وبالتالي ، فإن قوة العزل الكهربائي وانهيار المواد العازلة هي كميات مرتبطة. دعونا نفكر في آلية الانهيار في وسط سائل. قطرات الماء المستحلب مستقطبة في مجال كهربائي ، ثم تسقط في الفراغ بين الأقطاب القطبية. هنا تتشوه وتندمج وتتشكل الجسور ،مع القليل من المقاومة الكهربائية. يتم إجراء الاختبار عليهم. يؤدي ظهور الجسور إلى انخفاض كبير في قوة الزيت.
مميزات مواد العزل الكهربائي
وجدت الأنواع المدروسة من انهيار العوازل الصلبة تطبيقاتها في الهندسة الكهربائية الحديثة.
من بين المواد العازلة السائلة وشبه السائلة المستخدمة حاليًا في زيوت التكنولوجيا والمحولات والمكثفات ، وكذلك السوائل الاصطناعية: سوفتول ، سوفول.
يتم الحصول على الزيوت المعدنية من التقطير الجزئي للنفط الخام. بين الأنواع الفردية هناك اختلافات في اللزوجة والخصائص الكهربائية.
على سبيل المثال ، يتم تكرير زيوت الكابلات والمكثفات بدرجة عالية ، لذا فهي تتمتع بخصائص عازلة ممتازة. السوائل الاصطناعية غير القابلة للاشتعال هي سوفتول وسوفول. للحصول على الأول ، يتم إجراء تفاعل كلورة لثنائي فينيل متبلور. هذا السائل اللزج الشفاف سام ويمكن أن يهيج الغشاء المخاطي ، لذلك ، عند العمل بمثل هذا العازل الكهربائي ، يجب مراعاة الاحتياطات بعناية.
Sovtol هو خليط من ثلاثي كلورو البنزين والسوفول ، لذلك تتميز هذه المادة العازلة للكهرباء بانخفاض اللزوجة.
كلا السوائل الاصطناعية تستخدم في تشريب المكثفات الورقية الحديثة المثبتة في الأجهزة الصناعية التي تعمل بالتيار المتردد والتيار المستمر.
عضويتتكون المواد العازلة عالية البوليمر من العديد من جزيئات المونومر. يتميز العنبر ، المطاط الطبيعي ، بخصائص عازلة عالية.
المواد الشمعية مثل السيريسين والبارافين لها نقطة انصهار مميزة. مثل هذه العوازل لها هيكل متعدد الكريستالات.
في الهندسة الكهربائية الحديثة ، هناك طلب على البلاستيك ، وهو مواد مركبة. أنها تحتوي على البوليمرات والراتنجات والأصباغ وعوامل التثبيت ، وكذلك مكونات اللدائن. وفقًا لعلاقتها بالحرارة ، يتم تصنيفها إلى مواد لدن بالحرارة وحرارة.
للعمل في الهواء ، يتم استخدام الكرتون الكهربائي ، والذي يتميز ببنية أكثر كثافة مقارنة بالمواد التقليدية.
من بين مواد العزل الكهربائي ذات الطبقات ذات الخصائص العازلة ، نسلط الضوء على المنسوجات ، والجيتناك ، والألياف الزجاجية. هذه الرقائق ، التي تستخدم السيليكون أو الراتنجات كموثق ، هي عوازل ممتازة.
أسباب الظاهرة
هناك أسباب مختلفة لانهيار العوازل. لذلك ، لا توجد حتى الآن نظرية عالمية من شأنها أن تشرح بشكل كامل هذه العملية الفيزيائية. بغض النظر عن خيار العزل ، في حالة حدوث عطل ، يتم تشكيل قناة توصيل خاص ، يؤدي حجمها إلى حدوث ماس كهربائي في هذا الجهاز الكهربائي. ما هي عواقب مثل هذه العملية؟ هناك احتمال كبير بحدوث حالة طوارئ ، نتيجة لذلكسيتم إخراج الجهاز الكهربائي من الخدمة
اعتمادًا على نظام العزل ، قد يكون للانهيار مظاهر مختلفة. بالنسبة للعوازل الصلبة ، تحتفظ القناة بموصلية كبيرة حتى بعد إيقاف التيار. تتميز مواد العزل الكهربائي الغازية والسائلة بحركة عالية للإلكترونات المشحونة. لذلك ، هناك استعادة فورية لقناة الانهيار بسبب تغير الجهد.
في السوائل ، يحدث الانهيار بسبب عمليات مختلفة. أولاً ، تتشكل عدم التجانس البصري في الفراغ بين الأقطاب الكهربائية ، وفي هذه الأماكن يفقد السائل شفافيته. تعتبر نظرية A. Gemant انهيار السائل العازل كمستحلب. وفقًا للحسابات التي أجراها العلماء ، بسبب تأثير المجال الكهربائي ، تأخذ قطرات الرطوبة شكل ثنائي القطب ممدود. في حالة وجود شدة مجال عالية ، فإنها تتحد ، مما يساهم في التفريغ في القناة المشكلة.
عند إجراء العديد من التجارب ، وجد أنه إذا كان هناك غاز في السائل ، فعند الزيادة الحادة في الجهد ، ستظهر الفقاعات قبل الانهيار. في نفس الوقت ، يتناقص جهد انهيار هذه السوائل مع انخفاض الضغط أو مع زيادة درجة الحرارة.
الخلاصة
المواد العازلة الحديثة آخذة في التحسن مع تطور الصناعة الكهربائية. في الوقت الحاضر ، تم تحديث تقنية إنشاء أنواع مختلفة من العوازل بحيث أصبح من الممكن إنشاء عوازل كهربائية غير مكلفة ذات أداء عالٍ.
بينالمواد الأكثر طلبًا مع الخصائص المقابلة لها أهمية خاصة لمينا الزجاج والزجاج. التركيب ، القلوية ، المصباح ، المكثف ، أنواع أخرى من هذه المواد هي مواد ذات هيكل غير متبلور. عند إضافة الكالسيوم وأكاسيد الألومنيوم إلى الخليط ، من الممكن تحسين الخواص العازلة للمادة وتقليل احتمالية الانهيار.
مينا الزجاج عبارة عن مواد تترسب فيها طبقة رقيقة من الزجاج على سطح المعدن. توفر هذه التقنية حماية موثوقة ضد التآكل.
جميع المواد ذات خصائص العزل الكهربائي تستخدم على نطاق واسع في التكنولوجيا الحديثة. إذا تم منع انهيار العازل في الوقت المناسب ، فمن الممكن تمامًا منع تلف المعدات باهظة الثمن.
