ก่อนจะพิจารณากลไกการสลายของไดอิเล็กทริก เรามาลองค้นหาคุณสมบัติของวัสดุเหล่านี้กันก่อน วัสดุฉนวนไฟฟ้าคือสารที่ช่วยให้แยกชิ้นส่วนของอุปกรณ์ไฟฟ้าหรือส่วนประกอบวงจรที่มีศักย์ไฟฟ้าต่างกันได้
คุณสมบัติของวัสดุ
เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุนำไฟฟ้าแล้ว ลูกถ้วยไฟฟ้าจะมีความต้านทานไฟฟ้าสูงกว่าอย่างเห็นได้ชัด คุณสมบัติทั่วไปของวัสดุเหล่านี้คือการสร้างสนามไฟฟ้าที่ทรงพลังตลอดจนการสะสมของพลังงาน คุณสมบัตินี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในตัวเก็บประจุ
การจำแนก
ตามสถานะของการรวมตัว วัสดุฉนวนไฟฟ้าทั้งหมดแบ่งออกเป็นของเหลว ก๊าซ ของแข็ง ที่ใหญ่ที่สุดคือกลุ่มสุดท้ายของไดอิเล็กทริก ได้แก่ พลาสติก เซรามิก วัสดุโพลีเมอร์สูง
วัสดุฉนวนไฟฟ้าแบ่งออกเป็นอนินทรีย์และอินทรีย์ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมี
คาร์บอนทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบทางเคมีหลักในฉนวนอินทรีย์ ทนต่ออุณหภูมิสูงสุดวัสดุอนินทรีย์: เซรามิกส์, ไมกา
ขึ้นอยู่กับวิธีการได้ไดอิเล็กตริก เป็นเรื่องปกติที่จะแบ่งออกเป็นสารสังเคราะห์และสารธรรมชาติ (ธรรมชาติ) แต่ละประเภทมีคุณสมบัติบางอย่าง ปัจจุบันสารสังเคราะห์เป็นกลุ่มใหญ่
วัสดุอิเล็กทริกที่เป็นของแข็งยังถูกแบ่งออกเป็นหมวดหมู่ย่อยแยกตามโครงสร้าง องค์ประกอบ ลักษณะทางเทคโนโลยีของวัสดุ ตัวอย่างเช่น มีขี้ผึ้ง เซรามิก แร่ ฟิล์มฉนวน
วัสดุเหล่านี้มีลักษณะการนำไฟฟ้า เมื่อเวลาผ่านไป สารดังกล่าวจะมีการเปลี่ยนแปลงมูลค่าปัจจุบันเนื่องจากกระแสการดูดซึมลดลง จากช่วงเวลาหนึ่งในวัสดุฉนวนไฟฟ้ามีเพียงกระแสนำซึ่งขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวัสดุนี้
คุณสมบัติกระบวนการ
ถ้าความแรงของสนามไฟฟ้ามากกว่าขีดจำกัดความแรงทางไฟฟ้า จะเกิดการสลายไดอิเล็กตริก นี่คือกระบวนการทำลายล้าง มันนำไปสู่การสูญเสียในสถานที่ของการสลายโดยวัสดุดังกล่าวของลักษณะฉนวนไฟฟ้าเริ่มต้น
แรงดันพังทลายคือค่าที่เกิดการสลายตัวของไดอิเล็กตริก
ความแรงไดอิเล็กตริกมีลักษณะเฉพาะโดยค่าความแรงของสนาม
การสลายตัวของไดอิเล็กตริกที่เป็นของแข็งคือกระบวนการทางไฟฟ้าหรือทางความร้อน มันขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์ที่นำไปสู่การหิมะถล่มที่เพิ่มขึ้นในวัสดุฉนวนที่เป็นของแข็งของค่ากระแสไฟฟ้า
การสลายไดอิเล็กตริกที่เป็นของแข็งมีลักษณะเฉพาะ:
- ไม่มีหรือขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและแรงดันไฟของค่าการนำไฟฟ้า
- ความแข็งแรงทางไฟฟ้าของวัสดุในสนามสม่ำเสมอโดยไม่คำนึงถึงความหนาของวัสดุอิเล็กทริกที่ใช้
- จำกัดความแข็งแรงเชิงกล
- อย่างแรก กระแสเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณ และการสลายตัวของไดอิเล็กตริกที่เป็นของแข็งจะตามมาด้วยกระแสที่เพิ่มขึ้นอย่างกะทันหัน
- ในสนามที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน กระบวนการนี้เกิดขึ้นในสถานที่ที่มีความแรงของสนามสูงสุด
การสลายทางความร้อน
จะปรากฏขึ้นเมื่อมีการสูญเสียอิเล็กทริกขนาดใหญ่ เมื่อวัสดุถูกทำให้ร้อนโดยแหล่งความร้อนอื่น ๆ เมื่อพลังงานความร้อนถูกกำจัดออกไปได้ไม่ดี การสลายตัวของอิเล็กทริกดังกล่าวมาพร้อมกับการเพิ่มขึ้นของกระแสไฟฟ้าอันเป็นผลมาจากความต้านทานที่ลดลงอย่างรวดเร็วในบริเวณที่การนำความร้อนบกพร่อง มีการสังเกตกระบวนการที่คล้ายคลึงกันจนกระทั่งการทำลายความร้อนอย่างสมบูรณ์ของไดอิเล็กตริกเกิดขึ้นในที่ที่อ่อนแอ ตัวอย่างเช่น วัสดุฉนวนไฟฟ้าที่เป็นของแข็งดั้งเดิมจะละลาย
สัญญาณ
การสลายไดอิเล็กตริกมีคุณสมบัติเฉพาะ:
- เกิดขึ้นในสถานที่ที่มีการกำจัดความร้อนที่มีคุณภาพต่ำสู่สิ่งแวดล้อม
- แรงดันพังทลายลดลงเมื่ออุณหภูมิแวดล้อมเพิ่มขึ้น
- กำลังไฟฟ้าแปรผกผันกับความหนาของไดอิเล็กตริกชั้น
ลักษณะทั่วไป
มาดูลักษณะการแยกประเภทหลักของไดอิเล็กตริกกัน สาระสำคัญของกระบวนการอยู่ที่การสูญเสียวัสดุฉนวนไฟฟ้าของคุณลักษณะเมื่อเกินค่าวิกฤตของความแรงของสนามไฟฟ้า กระบวนการนี้มีหลายประเภท:
- การสลายไฟฟ้าของไดอิเล็กตริก
- กระบวนการระบายความร้อน
- อายุไฟฟ้าเคมี
ความแปรปรวนทางไฟฟ้าเกิดจากการกระทบของอิออไนเซชันโดยอิเล็กตรอนเชิงลบ ซึ่งปรากฏในสนามไฟฟ้ากำลังสูง กระบวนการนี้มาพร้อมกับความหนาแน่นกระแสที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว
สาเหตุของกระบวนการระบายความร้อนในฉนวนคือการเพิ่มขึ้นของปริมาณความร้อนที่เกิดจากระบบเนื่องจากผลกระทบของการนำไฟฟ้าหรือจากการสูญเสียไดอิเล็กตริก ผลจากการสลายดังกล่าวคือการทำลายความร้อนของวัสดุฉนวนไฟฟ้า
เมื่อแรงดันพังทลายของไดอิเล็กทริกเปลี่ยนแปลง การเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นในโครงสร้างของวัสดุฉนวนไฟฟ้า และองค์ประกอบทางเคมีของไดอิเล็กตริกก็เปลี่ยนไปด้วย ส่งผลให้ความต้านทานของฉนวนลดลงอย่างไม่สามารถย้อนกลับได้ ในกรณีนี้ จะเกิดอายุไฟฟ้าของไดอิเล็กตริก
ในสื่อที่เป็นก๊าซ
การสลายตัวของไดอิเล็กตริกที่เป็นก๊าซเกิดขึ้นได้อย่างไร? เนื่องจากรังสีคอสมิกและกัมมันตภาพรังสี มีอนุภาคประจุไฟฟ้าจำนวนเล็กน้อยในช่องว่างอากาศ มีการเร่งความเร็วของอิเล็กตรอนเชิงลบในสนามซึ่งเป็นผลมาจากการที่พวกเขาได้รับพลังงานเพิ่มเติมซึ่งค่าที่ขึ้นอยู่กับความแรงของสนามโดยตรงและหมายถึงความยาวเส้นทางของอนุภาคก่อนการชนกัน ที่ค่าความเข้มที่มีนัยสำคัญจะสังเกตเห็นการเพิ่มขึ้นของการไหลของอิเล็กตรอนซึ่งทำให้ช่องว่างแตก กระบวนการนี้ได้รับอิทธิพลจากปัจจัยหลายประการ สิ่งสำคัญที่สุดคือตัวเลือกฟิลด์ มีความสัมพันธ์โดยตรงระหว่างความแรงทางไฟฟ้าของก๊าซกับความดันและอุณหภูมิ
สื่อของเหลว
การแยกตัวของไดอิเล็กตริกเหลวเกี่ยวข้องกับความบริสุทธิ์ของวัสดุฉนวนไฟฟ้า มีสามองศา:
- เนื้อหาของสิ่งเจือปนทางกลที่เป็นของแข็งและน้ำอิมัลชันในอิเล็กทริก
- เทคนิคสะอาด
- ทำความสะอาดและกำจัดแก๊สอย่างทั่วถึง
ในไดอิเล็กทริกเหลวที่ทำความสะอาดอย่างระมัดระวัง มีเพียงรุ่นไฟฟ้าของการสลายเท่านั้น เนื่องจากความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในความหนาแน่นของของเหลวและก๊าซ ความยาวเส้นทางของอิเล็กตรอนจึงลดลง ซึ่งทำให้แรงดันพังทลายเพิ่มขึ้น
ในอุตสาหกรรมพลังงานไฟฟ้าสมัยใหม่ มีการใช้ไดอิเล็กทริกชนิดของเหลวบริสุทธิ์ในทางเทคนิค โดยอนุญาตให้มีสิ่งเจือปนเพียงเล็กน้อยเท่านั้น
ต้องคำนึงด้วยว่าแม้ปริมาณน้ำอิมัลชันขั้นต่ำในวัสดุฉนวนไฟฟ้าที่เป็นของเหลวก็ทำให้ความแข็งแรงทางไฟฟ้าลดลงอย่างมาก
ดังนั้น ความเป็นฉนวนและการสลายตัวของไดอิเล็กตริกจึงเป็นปริมาณที่เกี่ยวข้องกัน ให้เราพิจารณากลไกการสลายในตัวกลางที่เป็นของเหลว หยดน้ำอิมัลชันจะถูกโพลาไรซ์ในสนามไฟฟ้า แล้วตกลงไปในช่องว่างระหว่างขั้วไฟฟ้า ที่นี่พวกมันถูกเปลี่ยนรูป ถูกรวมเข้าด้วยกัน และเกิดสะพานขึ้นมีความต้านทานไฟฟ้าน้อย การทดสอบเกิดขึ้นกับพวกเขา การปรากฏตัวของสะพานทำให้ความแข็งแกร่งของน้ำมันลดลงอย่างมีนัยสำคัญ
คุณสมบัติของวัสดุฉนวนไฟฟ้า
ประเภทการแยกย่อยของไดอิเล็กทริกที่เป็นของแข็งที่พิจารณาแล้วพบว่ามีการประยุกต์ใช้ในวิศวกรรมไฟฟ้าสมัยใหม่
ในบรรดาวัสดุอิเล็กทริกที่เป็นของเหลวและกึ่งของเหลวที่ใช้อยู่ในเทคโนโลยี น้ำมันหม้อแปลงและตัวเก็บประจุ รวมถึงของเหลวสังเคราะห์: โซโวล โซโวล
น้ำมันแร่ได้จากการกลั่นน้ำมันดิบแบบเศษส่วน มีความแตกต่างกันในด้านความหนืด ลักษณะทางไฟฟ้า
ตัวอย่างเช่น น้ำมันเคเบิลและคาปาซิเตอร์ได้รับการขัดเกลาอย่างสูง จึงมีคุณสมบัติไดอิเล็กตริกที่ดีเยี่ยม ของเหลวสังเคราะห์ที่ไม่ติดไฟ ได้แก่ โซโวลและโซโวล เพื่อให้ได้สิ่งแรกจะทำปฏิกิริยาคลอรีนของผลึกไดฟีนิล ของเหลวหนืดใสนี้เป็นพิษและสามารถระคายเคืองต่อเยื่อเมือก ดังนั้น เมื่อทำงานกับไดอิเล็กตริก จะต้องปฏิบัติตามข้อควรระวังอย่างระมัดระวัง
Sovtol เป็นส่วนผสมของไตรคลอโรเบนซีนและโซโวล ดังนั้นวัสดุที่เป็นฉนวนไฟฟ้าจึงมีความหนืดที่ต่ำกว่า
น้ำมันสังเคราะห์ทั้งสองชนิดใช้ชุบตัวเก็บประจุแบบกระดาษสมัยใหม่ที่ติดตั้งในอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสสลับและกระแสตรงอุตสาหกรรม
ออร์แกนิควัสดุอิเล็กทริกพอลิเมอร์สูงประกอบด้วยโมเลกุลโมโนเมอร์จำนวนมาก สีเหลืองอำพัน ยางธรรมชาติ มีลักษณะเป็นฉนวนสูง
วัสดุที่เป็นขี้ผึ้ง เช่น เซเรซินและพาราฟินมีจุดหลอมเหลวที่แตกต่างกัน ไดอิเล็กทริกดังกล่าวมีโครงสร้างโพลีคริสตัลไลน์
ในทางวิศวกรรมไฟฟ้าสมัยใหม่ พลาสติกซึ่งเป็นวัสดุคอมโพสิตเป็นที่ต้องการ ประกอบด้วยโพลีเมอร์ เรซิน สีย้อม สารทำให้คงตัว รวมทั้งส่วนประกอบที่เป็นพลาสติก ตามความสัมพันธ์กับความร้อน พวกมันถูกจำแนกเป็นวัสดุเทอร์โมพลาสติกและเทอร์โมเซ็ต
สำหรับงานในอากาศ ใช้กระดาษแข็งไฟฟ้า ซึ่งมีโครงสร้างที่หนาแน่นกว่าเมื่อเทียบกับวัสดุทั่วไป
ในบรรดาวัสดุฉนวนไฟฟ้าแบบหลายชั้นที่มีลักษณะเป็นฉนวน เราเน้นข้อความ textolite, getinaks, ไฟเบอร์กลาส ลามิเนตเหล่านี้ ซึ่งใช้ซิลิโคนหรือเรซินรองพื้นเป็นตัวประสาน เป็นไดอิเล็กทริกที่ดีเยี่ยม
สาเหตุของปรากฏการณ์
มีหลายสาเหตุที่ทำให้ไดอิเล็กทริกแตก ดังนั้นจึงยังไม่มีทฤษฎีสากลใดที่จะอธิบายกระบวนการทางกายภาพนี้ได้อย่างเต็มที่ โดยไม่คำนึงถึงตัวเลือกฉนวนในกรณีที่เกิดการพังทลายจะมีการสร้างช่องทางการนำไฟฟ้าพิเศษขึ้นซึ่งขนาดที่นำไปสู่การลัดวงจรในอุปกรณ์ไฟฟ้านี้ อะไรคือผลของกระบวนการดังกล่าว? มีโอกาสเกิดเหตุการณ์ฉุกเฉินสูงซึ่งเป็นผลมาจากการที่อุปกรณ์ไฟฟ้าจะถูกนำออกจากบริการ
การพังทลายอาจมีอาการต่างกันขึ้นอยู่กับระบบฉนวน สำหรับไดอิเล็กทริกที่เป็นของแข็ง ช่องจะคงค่าการนำไฟฟ้าที่สำคัญแม้หลังจากปิดกระแสไฟแล้ว วัสดุฉนวนไฟฟ้าที่เป็นก๊าซและของเหลวมีลักษณะพิเศษคือการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนที่มีประจุสูง ดังนั้นจึงมีการคืนค่าช่องสัญญาณพังทันทีเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้า
ในของเหลว การสลายเกิดจากกระบวนการต่างๆ ประการแรก ความไม่เท่าเทียมกันทางแสงจะเกิดขึ้นในช่องว่างระหว่างอิเล็กโทรด ในสถานที่เหล่านี้ ของเหลวจะสูญเสียความโปร่งใส A. ทฤษฎีของ Gemant พิจารณาการสลายของไดอิเล็กตริกเหลวเป็นอิมัลชัน จากการคำนวณของนักวิทยาศาสตร์ เนื่องจากการกระทำของสนามไฟฟ้า ความชื้นที่ลดลงจะอยู่ในรูปของไดโพลแบบยาว ในกรณีที่มีความแรงของสนามสูง พวกมันจะรวมกันซึ่งก่อให้เกิดการปลดปล่อยในช่องที่ก่อตัวขึ้น
เมื่อทำการทดลองหลายครั้ง พบว่าหากมีแก๊สอยู่ในของเหลว แรงดันไฟที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ฟองสบู่จะปรากฏขึ้นก่อนสลายตัว ในเวลาเดียวกัน แรงดันพังทลายของของเหลวดังกล่าวจะลดลงตามแรงดันที่ลดลงหรืออุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น
สรุป
วัสดุอิเล็กทริกสมัยใหม่กำลังพัฒนาขึ้นเมื่ออุตสาหกรรมไฟฟ้าพัฒนาขึ้น ในปัจจุบัน เทคโนโลยีสำหรับการสร้างไดอิเล็กทริกประเภทต่างๆ ได้รับการปรับปรุงให้ทันสมัยจนสามารถสร้างไดอิเล็กทริกราคาไม่แพงที่มีประสิทธิภาพสูงได้
ท่ามกลางวัสดุที่เป็นที่ต้องการมากที่สุดซึ่งมีลักษณะเฉพาะเป็นที่สนใจเป็นพิเศษสำหรับเคลือบแก้วและแก้ว การติดตั้ง, อัลคาไลน์, หลอดไฟ, ตัวเก็บประจุ, วัสดุประเภทอื่น ๆ เป็นสารที่มีโครงสร้างอสัณฐาน เมื่อเติมแคลเซียมและอะลูมิเนียมออกไซด์ลงในส่วนผสม เป็นไปได้ที่จะปรับปรุงคุณสมบัติของไดอิเล็กตริกของวัสดุและลดโอกาสที่การสลายตัว
เคลือบแก้วเป็นวัสดุที่มีชั้นกระจกบางๆ ทับอยู่บนพื้นผิวโลหะ เทคโนโลยีนี้ให้การป้องกันการกัดกร่อนที่เชื่อถือได้
วัสดุทั้งหมดที่มีคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีสมัยใหม่ หากป้องกันการสลายตัวของไดอิเล็กตริกทันเวลาก็ค่อนข้างเป็นไปได้ที่จะป้องกันความเสียหายต่ออุปกรณ์ราคาแพง
