Электропроводность газообразных диэлектриков

КЛАССИфИКАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

       Диэлектрические материалы (диэлектрики) – это материалы, которые под действием электрического поля не создают электрический ток в обычных условиях, основным электрическим свойством которых является способность поляризоваться в электрическом поле (резина, пластмассы, стекло).

В диэлектриках электрические заряды прочно связаны с атомами, молекулами или ионами и в электрическом поле могут лишь смещаться, при этом происходит разделение центров положительного и отрицательного зарядов, т.е. поляризация.

1. По стабильности параметров.

1. Активные (параметры, которых можно регулировать, изменяя напряжённость электрического поля, температуру, механическое напряжение и др.).

Применение: для генерации и преобразования электрических сигналов.

2. Пассивные (параметры, которых не изменяются при воздействие различных факторов) – электроизоляционные.

Применение: для создания электрической изоляции токоведущих частей

2. По агрегатному состоянию.

1. Газообразные.

а) Воздух (самый дешёвый).

Применение: в высоковольтных выключателях с давлением 2-12 МПа, ЛЭП.

б) Азот N₂ (не окисляет другие материалы)

Применение: в газовых конденсаторах, в силовых трансформаторах газовая подушка.

в ) Водород Н₂ (высокая теплопроводность, взрывоопасен).

Применение: электроизоляционная и охлаждающая среда в мощных электрических машинах (турбогенераторы).

г) Гексафторид серы (элегаз) SF₆ (не разлагается при нагревании до 800⁰С, химически стоек, не токсичен, высокая стоимость).

Применение: в высоковольтных выключателях, герметично закрытых распределительных устройствах, пожаробезопасных силовых трансформаторах.

д) Инертные газы: гелий He, неон Ne, аргон Ar, криптон Kr, ксенон Xe, радон Rn.

Применение: добавляются к высокопрочным газам для повышения их дугогасительной способности.

2. Жидкие (повышают электрическую прочность, теплоотвод).

1. Нефтяные масла (горят при 170⁰С, гигроскопичны, стареют).

а) Трансформаторное масло (малая вязкость).

Применение: для заливки реостатов, реакторов, маслонаполненных вводов, масляных выключателей, трансформаторов, и др.

б) Конденсаторное масло ( меньшие электрические потери).

Применение: для пропитки бумажных и плёночных конденсаторов.

в) Кабельное масло (повышенная вязкость, пониженные электрические свойства).

Применение: в пропитки изоляции силовых кабелей.

2. Синтетические масла (наиболее химически и нагревостойкие).

а) Хлорированные углероды (трихлордефинил C₁₂H₁₀ Cl ₃, совол C₁₂H₅ Cl ₅, гексол 20% C₁₂H₉ Cl ₉, 80% C₄ Cl ₆ – токсичны, негорючие, не гигроскопичны)

Применение: для пропитки конденсаторов, заливки трансформаторов.

б) Кремнийорганические соединения (полиметилсилоксановые (С₂Н₆OSi) _n ПМСЖ, полиэтилсилоксановые ПЭСЖ, полиметилфенилсилоксановые ПМФСЖ жидкости – нетоксичны, большая стоимость).

Применение: в специальных конденсаторах, импульсных трансформаторах, блоках электронной аппаратуре.

в) Фторорганические соединения (фторметан CFH₃, фторхлорметан CFClH₂ трифторбромметан CF₃Br (фреоны, хладоны) – негорючие, при повышенных температурах разлагаются с выделением токсичных продуктов).

Применение: для пропитки и заливки конденсаторов и небольших трансформаторов, охладители в блоках электронного оборудования.

3. Твёрдые (самая большая группа).

Органические соединения, волокнистые материалы (бумага, ткани), минеральные материалы (слюда), стекло, керамика. Применение: различные электроизоляционные детали и конструкции.

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ И ПРОБОЙ ГАЗООБРАЗНЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ

Электропроводность газообразных диэлектриков.

Во всех газах всегда имеется некоторое количество электрических заряженных частиц (электронов и ионов, а так же частицы твёрдых и жидких веществ, примеси), которые находятся в беспорядочном тепловом движении.

Образование электрически заряженных частиц вызывается его ионизацией внешними источниками энергии: термическое воздействие, космическими и солнечными лучами, радиоактивными излучениями Земли и др. Внешние источники энергии сообщают часть энергии атомам газа, при этом валентные электроны приобретают дополнительную энергию и отделяют от своих атомов, образуя положительные ионы. Образовавшиеся электроны могут длительно сохранять самостоятельное движение в газе или присоединяться к электрически нейтральным атомам и молекулам, образуя отрицательные ионы. Некоторые электроны и положительны ионы взаимодействуют друг с другом, образуя электрически нейтральные атомы и молекулы – рекомбинация.

Под действием электрического поля электроны и ионы перемещаются, создавая электрический ток. При повышении напряжения, приложенного к газу, увеличиваются электрические силы, действующие на электроны и ионы, при этом увеличивается скорость частиц, следовательно, ток газа возрастает.

Вольтамперная характеристика – это изменение тока от напряжения, приложенного к газу, выраженная графически в виде кривой.

1. О бласть слабых электрических полей, ток в газе возрастает пропорционально приложенному напряжению согласно закону Ома.

2. Ток не зависит от напряжения. Происходит накопление энергии заряженными частицами газа.

3. Область ударной ионизации, ток в газе интенсивно возрастает при малейшем повышении напряжения.

У дарная ионизация – при высоких значениях напряжения скорость заряженных частиц резко возрастает, вследствие чего происходят частые соударения с нейтральными частицами. При этих упругих соударениях электроны и ионы передают часть накопленной ими энергии нейтральным частицам, в результате электроны отделяются от своих атомов и образуют новее электрически заряженные частицы (электрон и ион).

Газообразные диэлектрики могут использоваться при напряжениях, меньших, чем напряжения, при которых возникает процесс ударной ионизации.