Antes de considerar los mecanismos de descomposición de los dieléctricos, tratemos de averiguar las características de estos materiales. Los materiales aislantes eléctricos son sustancias que permiten aislar partes de equipos eléctricos o elementos de circuitos que tienen diferentes potenciales eléctricos.
Características de los materiales
En comparación con los materiales conductores, los aislantes tienen una resistencia eléctrica significativamente mayor. Una propiedad típica de estos materiales es la creación de potentes campos eléctricos, así como la acumulación de energía. Esta propiedad es ampliamente utilizada en capacitores.
Clasificación
Según el estado de agregación, todos los materiales aislantes eléctricos se dividen en líquidos, gaseosos y sólidos. El más grande es el último grupo de dieléctricos. Estos incluyen plásticos, cerámica, materiales de alto polímero.
Dependiendo de la composición química, los materiales aislantes eléctricos se dividen en inorgánicos y orgánicos.
El carbono actúa como elemento químico principal en los aisladores orgánicos. Soporta temperaturas máximasmateriales inorgánicos: cerámica, mica.
Dependiendo del método de obtención de los dieléctricos, se acostumbra dividirlos en sintéticos y naturales (naturales). Cada tipo tiene ciertas características. Actualmente, las sustancias sintéticas son un gran grupo.
Los materiales dieléctricos sólidos se subdividen en subcategorías separadas según la estructura, composición y características tecnológicas de los materiales. Por ejemplo, hay aisladores de cera, cerámica, minerales, película.
Todos estos materiales se caracterizan por su conductividad eléctrica. Con el tiempo, dichas sustancias muestran un cambio en el valor actual debido a una disminución en la corriente de absorción. A partir de un momento determinado en el material aislante eléctrico sólo existe una corriente de conducción, de cuyo valor dependen las propiedades de este material.
Características del proceso
Si la intensidad del campo eléctrico es mayor que el límite de intensidad eléctrica, se produce una ruptura dieléctrica. Este es el proceso de su destrucción. Conduce a la pérdida en el lugar de la avería por dicho material de sus características iniciales de aislamiento eléctrico.
La tensión de ruptura es el valor en el que se produce una ruptura dieléctrica.
La rigidez dieléctrica se caracteriza por el valor de la intensidad de campo.
La descomposición de dieléctricos sólidos es un proceso eléctrico o térmico. Se basa en fenómenos que conducen a una avalancha de aumento de materiales aislantes sólidos del valorcorriente eléctrica.
La descomposición de los dieléctricos sólidos tiene rasgos característicos:
- ausencia o débil dependencia de la temperatura y el voltaje del valor de conductividad;
- rigidez eléctrica de un material en un campo uniforme, independientemente del espesor del material dieléctrico utilizado;
- límites estrechos de resistencia mecánica;
- primero, la corriente aumenta exponencialmente y las averías de los dieléctricos sólidos van acompañadas de un aumento abrupto de la corriente;
- en un campo no homogéneo, este proceso ocurre en un lugar con una intensidad de campo máxima.
Ruptura térmica
Aparece cuando hay grandes pérdidas dieléctricas, cuando el material es calentado por otras fuentes de calor, cuando la energía calorífica se elimina pobremente. Tal ruptura del dieléctrico va acompañada de un aumento de la corriente eléctrica como resultado de una fuerte disminución de la resistencia en el área donde se ve afectada la conducción del calor. Se observa un proceso similar hasta que ocurre la destrucción térmica completa del dieléctrico en el lugar debilitado. Por ejemplo, el material aislante eléctrico sólido original se derretirá.
Señales
La ruptura dieléctrica tiene rasgos característicos:
- ocurre en un lugar donde la eliminación de calor hacia el medio ambiente es de mala calidad;
- el voltaje de ruptura disminuye con el aumento de la temperatura ambiente;
- la fuerza eléctrica es inversamente proporcional al espesor del dieléctricocapa.
Características generales
Vamos a caracterizar los principales tipos de ruptura de los dieléctricos. La esencia del proceso radica en la pérdida del material aislante eléctrico de sus características cuando se supera el valor crítico de la intensidad del campo eléctrico. Hay varios tipos de este proceso:
- ruptura eléctrica del dieléctrico;
- proceso térmico;
- envejecimiento electroquímico.
La variante eléctrica se produce como resultado de la ionización por impacto de electrones negativos, apareciendo en un campo eléctrico potente. Este proceso va acompañado de un fuerte aumento de la densidad de corriente.
La razón del proceso térmico en el aislador es un aumento de la cantidad de calor generado por el sistema por efectos de la conductividad eléctrica o como consecuencia de pérdidas dieléctricas. El resultado de tal avería es la destrucción térmica del material aislante eléctrico.
Cuando cambia el voltaje de ruptura de los dieléctricos, se producen transformaciones en la estructura del material aislante eléctrico y también cambia la composición química del dieléctrico. Como resultado, se observa una disminución irreversible de la resistencia de aislamiento. En este caso, se produce un envejecimiento eléctrico del dieléctrico.
En medio gaseoso
¿Cómo se produce la ruptura de los dieléctricos gaseosos? Debido a la radiación cósmica y radiactiva, hay una pequeña cantidad de partículas cargadas en los espacios de aire. Hay una aceleración de electrones negativos en el campo, como resultado de lo cual adquieren energía adicional, cuyo valor depende directamente de la intensidad del campo ylongitud media del camino de la partícula antes de la colisión. A un valor de intensidad significativo, se observa un aumento en el flujo de electrones, lo que provoca una ruptura de la brecha. Este proceso está influenciado por varios factores. La más importante de ellas es la opción de campo. Existe una relación directa entre la fuerza eléctrica del gas y la presión y la temperatura.
Medio líquido
La descomposición de los dieléctricos líquidos está relacionada con la pureza del material aislante eléctrico. Hay tres grados:
- contenido de impurezas mecánicas sólidas y agua de emulsión en el dieléctrico;
- técnicamente limpio;
- limpiado a fondo y desgasificado.
En los dieléctricos líquidos cuidadosamente limpiados, solo existe una versión eléctrica de la ruptura. Debido a la diferencia significativa en las densidades del líquido y el gas, la longitud del camino de los electrones disminuye, lo que conduce a un aumento en el voltaje de ruptura.
En la industria de la energía eléctrica moderna, se utilizan tipos técnicamente puros de dieléctricos líquidos, solo se permite una ligera presencia de impurezas en ellos.
Debe tenerse en cuenta que incluso la mínima cantidad de emulsión de agua en el material aislante eléctrico líquido provoca una fuerte reducción de la fuerza eléctrica.
Por lo tanto, la rigidez dieléctrica y la ruptura de los dieléctricos son cantidades relacionadas. Consideremos el mecanismo de descomposición en un medio líquido. Las gotas de agua en emulsión se polarizan en un campo eléctrico y luego caen en el espacio entre los electrodos polares. Aquí se deforman, se fusionan y se forman puentes,con poca resistencia eléctrica. Es en ellos que se produce la prueba. La aparición de puentes provoca una reducción significativa de la resistencia del aceite.
Características de los materiales aislantes eléctricos
Los tipos considerados de ruptura de dieléctricos sólidos han encontrado su aplicación en la ingeniería eléctrica moderna.
Entre los materiales dieléctricos líquidos y semilíquidos utilizados actualmente en tecnología, aceites para transformadores y condensadores, así como fluidos sintéticos: sovtol, sovol.
Los aceites minerales se obtienen de la destilación fraccionada del petróleo crudo. Entre sus tipos individuales hay diferencias en viscosidad, características eléctricas.
Por ejemplo, los aceites para cables y capacitores son altamente refinados, por lo que tienen excelentes características dieléctricas. Los líquidos sintéticos no inflamables son sovtol y sovol. Para obtener el primero se lleva a cabo una reacción de cloración del difenilo cristalino. Este líquido viscoso transparente es tóxico y puede irritar la membrana mucosa, por lo tanto, cuando se trabaja con un dieléctrico de este tipo, se deben observar las precauciones necesarias.
Sovtol es una mezcla de triclorobenceno y sovol, por lo que este material aislante eléctrico se caracteriza por una menor viscosidad.
Ambos fluidos sintéticos se utilizan para impregnar condensadores de papel modernos instalados en dispositivos industriales de CA y CC.
OrgánicoLos materiales dieléctricos de alto polímero están compuestos por muchas moléculas de monómero. Ámbar, caucho natural, tiene altas características dieléctricas.
Los materiales cerosos como la ceresina y la parafina tienen un punto de fusión distinto. Dichos dieléctricos tienen una estructura policristalina.
En la ingeniería eléctrica moderna, los plásticos, que son materiales compuestos, tienen demanda. Contienen polímeros, resinas, tintes, agentes estabilizadores, así como componentes plastificantes. Según su relación con el calor, se clasifican en materiales termoplásticos y termoestables.
Para trabajos en el aire se utiliza cartón eléctrico, que tiene una estructura más densa en comparación con el material convencional.
Entre los materiales aislantes eléctricos en capas con características dieléctricas, destacamos la textolita, getinaks, fibra de vidrio. Estos laminados, que utilizan resinas de silicona o resol como aglomerante, son excelentes dieléctricos.
Causas del fenómeno
Hay varias razones para la ruptura de los dieléctricos. Por lo tanto, todavía no existe una teoría universal que explique completamente este proceso físico. Independientemente de la opción de aislamiento, en caso de avería, se forma un canal de conductividad especial, cuya magnitud conduce a un cortocircuito en este dispositivo eléctrico. ¿Cuáles son las consecuencias de tal proceso? Existe una alta probabilidad de una emergencia, como resultado de lo cualel dispositivo eléctrico quedará fuera de servicio.
Dependiendo del sistema de aislamiento, la avería puede tener diferentes manifestaciones. Para dieléctricos sólidos, el canal retiene una conductividad significativa incluso después de que se apaga la corriente. Los materiales aislantes eléctricos gaseosos y líquidos se caracterizan por una alta movilidad de los electrones cargados. Por lo tanto, hay una restauración instantánea del canal de ruptura debido a un cambio en el voltaje.
En los líquidos, la descomposición es causada por varios procesos. Primero, se forman f altas de homogeneidad óptica en el espacio entre los electrodos, en estos lugares el líquido pierde su transparencia. A. La teoría de Gemant considera la descomposición de un dieléctrico líquido como una emulsión. Según cálculos realizados por científicos, debido a la acción de un campo eléctrico, las gotas de humedad toman la forma de un dipolo alargado. En el caso de una intensidad de campo alta, se combinan, lo que contribuye a la descarga en el canal formado.
Al realizar numerosos experimentos, se descubrió que si hay un gas en el líquido, entonces, con un fuerte aumento en el voltaje, aparecerán burbujas antes de la ruptura. Al mismo tiempo, el voltaje de ruptura de dichos líquidos disminuye al disminuir la presión o al aumentar la temperatura.
Conclusión
Los materiales dieléctricos modernos están mejorando a medida que se desarrolla la industria eléctrica. En la actualidad, la tecnología para crear varios tipos de dieléctricos se ha modernizado tanto que es posible crear dieléctricos económicos con un alto rendimiento.
EntreLos materiales más demandados con las características correspondientes son de especial interés para el vidrio y los esm altes para vidrio. Instalación, alcalina, lámpara, condensador, otros tipos de este material son sustancias de estructura amorfa. Cuando se agregan óxidos de calcio y aluminio a la mezcla, es posible mejorar las propiedades dieléctricas del material y reducir la probabilidad de ruptura.
Los esm altes para vidrio son materiales en los que se deposita una fina capa de vidrio sobre la superficie metálica. Esta tecnología proporciona una protección fiable contra la corrosión.
Todos los materiales con características de aislamiento eléctrico se utilizan ampliamente en la tecnología moderna. Si se evita a tiempo la ruptura dieléctrica, es posible evitar daños en equipos costosos.
