Sebelum mempertimbangkan mekanisme kerusakan dielektrik, mari kita coba mencari tahu fitur bahan ini. Bahan isolasi listrik adalah zat yang memungkinkan Anda untuk mengisolasi bagian dari peralatan listrik atau elemen rangkaian yang memiliki potensi listrik yang berbeda.
Fitur bahan
Dibandingkan dengan bahan konduktif, isolator memiliki hambatan listrik yang jauh lebih tinggi. Sifat khas dari bahan-bahan ini adalah penciptaan medan listrik yang kuat, serta akumulasi energi. Properti ini banyak digunakan dalam kapasitor.
Klasifikasi
Menurut keadaan agregasi, semua bahan isolasi listrik dibagi menjadi cair, gas, padat. Yang terbesar adalah kelompok dielektrik terakhir. Ini termasuk plastik, keramik, bahan berpolimer tinggi.
Bergantung pada komposisi kimianya, bahan isolasi listrik dibagi menjadi anorganik dan organik.
Karbon bertindak sebagai unsur kimia utama dalam isolator organik. Tahan suhu maksimumbahan anorganik: keramik, mika.
Tergantung pada metode memperoleh dielektrik, biasanya dibagi menjadi sintetis dan alami (alami). Setiap jenis memiliki fitur tertentu. Saat ini, zat sintetis adalah kelompok besar.
Bahan dielektrik padat selanjutnya dibagi lagi menjadi subkategori terpisah sesuai dengan struktur, komposisi, karakteristik teknologi bahan. Misalnya ada lilin, keramik, mineral, isolator film.
Semua bahan ini dicirikan oleh konduktivitas listrik. Seiring waktu, zat tersebut menunjukkan perubahan nilai arus karena penurunan arus penyerapan. Dari saat tertentu dalam bahan isolasi listrik hanya ada arus konduksi, yang nilainya bergantung pada sifat-sifat bahan ini.
Fitur Proses
Jika kuat medan listrik lebih besar dari batas kuat listrik, terjadi kerusakan dielektrik. Ini adalah proses kehancurannya. Ini menyebabkan hilangnya di tempat kerusakan oleh bahan tersebut dari karakteristik isolasi listrik awalnya.
Tegangan putus adalah nilai di mana kerusakan dielektrik terjadi.
Kekuatan dielektrik dicirikan oleh nilai kekuatan medan.
Pemecahan dielektrik padat adalah proses listrik atau termal. Hal ini didasarkan pada fenomena yang menyebabkan peningkatan longsoran bahan isolasi padat nilainyaarus listrik.
Perincian dielektrik padat memiliki fitur karakteristik:
- tidak adanya atau ketergantungan lemah pada suhu dan tegangan nilai konduktivitas;
- kekuatan listrik bahan dalam medan seragam, terlepas dari ketebalan bahan dielektrik yang digunakan;
- batas sempit kekuatan mekanik;
- pertama, arus meningkat secara eksponensial, dan kerusakan dielektrik padat disertai dengan peningkatan arus yang tiba-tiba;
- dalam medan yang tidak homogen, proses ini terjadi di tempat dengan kekuatan medan maksimum.
Kerusakan termal
Ini muncul ketika ada kerugian dielektrik yang besar, ketika bahan dipanaskan oleh sumber panas lain, ketika energi panas dihilangkan dengan buruk. Kerusakan dielektrik seperti itu disertai dengan peningkatan arus listrik sebagai akibat dari penurunan tajam resistensi di area di mana konduksi panas terganggu. Proses serupa diamati sampai penghancuran termal lengkap dielektrik terjadi di tempat yang lemah. Misalnya, bahan isolasi listrik padat asli akan meleleh.
Tanda
Kerusakan dielektrik memiliki ciri khas:
- terjadi di tempat pembuangan panas berkualitas buruk ke lingkungan;
- tegangan rusak berkurang dengan meningkatnya suhu lingkungan;
- kekuatan listrik berbanding terbalik dengan ketebalan dielektriklapisan.
Karakteristik umum
Mari kita karakterisasi jenis utama kerusakan dielektrik. Inti dari proses ini terletak pada hilangnya karakteristik bahan isolasi listrik ketika nilai kritis kekuatan medan listrik terlampaui. Ada beberapa jenis proses ini:
- kerusakan listrik dielektrik;
- proses termal;
- penuaan elektrokimia.
Varian listrik terjadi sebagai akibat ionisasi tumbukan oleh elektron negatif, yang muncul dalam medan listrik yang kuat. Proses ini disertai dengan peningkatan tajam dalam kerapatan arus.
Alasan proses termal pada isolator adalah peningkatan jumlah panas yang dihasilkan oleh sistem karena efek konduktivitas listrik atau sebagai akibat dari kerugian dielektrik. Hasil dari kerusakan tersebut adalah penghancuran termal dari bahan isolasi listrik.
Ketika tegangan tembus dielektrik berubah, transformasi terjadi pada struktur bahan isolasi listrik, dan komposisi kimia dielektrik juga berubah. Akibatnya, penurunan ireversibel dalam resistansi isolasi diamati. Dalam hal ini, penuaan listrik dielektrik terjadi.
Dalam medium gas
Bagaimana kerusakan dielektrik gas terjadi? Karena radiasi kosmik dan radioaktif, ada sejumlah kecil partikel bermuatan di celah udara. Ada percepatan elektron negatif di medan, akibatnya mereka memperoleh energi tambahan, yang nilainya secara langsung tergantung pada kekuatan medan danrata-rata panjang lintasan partikel sebelum tumbukan. Pada nilai intensitas yang signifikan, peningkatan aliran elektron diamati, yang menyebabkan kerusakan celah. Proses ini dipengaruhi oleh beberapa faktor. Yang paling penting dari ini adalah opsi bidang. Ada hubungan langsung antara kekuatan listrik gas dan tekanan dan suhu.
Media cair
Pemecahan dielektrik cair terkait dengan kemurnian bahan isolasi listrik. Ada tiga derajat:
- kandungan kotoran mekanis padat dan air emulsi dalam dielektrik;
- bersih secara teknis;
- dibersihkan dan dihilangkan gasnya.
Dalam dielektrik cair yang dibersihkan dengan hati-hati, hanya ada versi kerusakan listrik. Karena perbedaan yang signifikan dalam densitas cairan dan gas, panjang jalur elektron berkurang, yang menyebabkan peningkatan tegangan tembus.
Dalam industri tenaga listrik modern, jenis dielektrik cair yang secara teknis murni digunakan, hanya sedikit pengotor yang diperbolehkan.
Harus diperhitungkan bahwa bahkan jumlah minimum air emulsi dalam bahan isolasi listrik cair menyebabkan penurunan kuat dalam kekuatan listrik.
Jadi, kekuatan dielektrik dan kerusakan dielektrik adalah besaran yang berhubungan. Mari kita perhatikan mekanisme penguraian dalam media cair. Tetesan air emulsi terpolarisasi dalam medan listrik, kemudian jatuh ke ruang antara elektroda kutub. Di sini mereka berubah bentuk, bergabung, dan jembatan terbentuk,dengan hambatan listrik yang kecil. Pada merekalah ujian terjadi. Munculnya jembatan menyebabkan penurunan kekuatan minyak yang signifikan.
Fitur bahan isolasi listrik
Jenis kerusakan dielektrik padat yang dipertimbangkan telah menemukan aplikasinya dalam teknik elektro modern.
Di antara bahan dielektrik cair dan semi-cair yang saat ini digunakan dalam teknologi, minyak transformator dan kapasitor, serta cairan sintetis: sovtol, sovol.
Mineral oil diperoleh dari distilasi fraksional minyak mentah. Di antara jenis masing-masing ada perbedaan dalam viskositas, karakteristik listrik.
Misalnya, minyak kabel dan kapasitor sangat halus, sehingga memiliki karakteristik dielektrik yang sangat baik. Cairan sintetik yang tidak mudah terbakar adalah sovtol dan sovol. Untuk mendapatkan yang pertama, reaksi klorinasi kristal difenil dilakukan. Cairan kental transparan ini beracun dan dapat mengiritasi selaput lendir, oleh karena itu, ketika bekerja dengan dielektrik semacam itu, tindakan pencegahan harus diperhatikan dengan cermat.
Sovtol adalah campuran dari trichlorobenzene dan sovol, sehingga bahan isolasi listrik ini memiliki sifat viskositas yang lebih rendah.
Kedua cairan sintetis digunakan untuk menghamili kapasitor kertas modern yang dipasang di perangkat AC dan DC industri.
Organikbahan dielektrik polimer tinggi terdiri dari banyak molekul monomer. Amber, karet alam, memiliki karakteristik dielektrik yang tinggi.
Bahan lilin seperti ceresin dan parafin memiliki titik leleh yang berbeda. Dielektrik tersebut memiliki struktur polikristalin.
Dalam teknik elektro modern, plastik, yang merupakan bahan komposit, sangat dibutuhkan. Mereka mengandung polimer, resin, pewarna, zat penstabil, serta komponen plastisisasi. Menurut hubungannya dengan panas, mereka diklasifikasikan menjadi bahan termoplastik dan termoset.
Untuk pekerjaan di udara, digunakan karton listrik yang memiliki struktur lebih padat dibandingkan dengan bahan konvensional.
Di antara bahan isolasi listrik berlapis dengan karakteristik dielektrik, kami menyoroti textolite, getinaks, fiberglass. Laminasi ini, yang menggunakan resin silikon atau resole sebagai pengikat, adalah dielektrik yang sangat baik.
Penyebab fenomena
Ada berbagai alasan untuk kerusakan dielektrik. Oleh karena itu, masih belum ada teori universal yang sepenuhnya menjelaskan proses fisik ini. Terlepas dari opsi isolasi, jika terjadi kerusakan, saluran konduktivitas khusus terbentuk, yang besarnya menyebabkan korsleting pada perangkat listrik ini. Apa konsekuensi dari proses seperti itu? Ada kemungkinan besar keadaan darurat, sebagai akibatnyaperangkat listrik akan dimatikan.
Bergantung pada sistem insulasi, kerusakan mungkin memiliki manifestasi yang berbeda. Untuk dielektrik padat, saluran mempertahankan konduktivitas yang signifikan bahkan setelah arus dimatikan. Bahan isolasi listrik gas dan cair dicirikan oleh mobilitas tinggi elektron bermuatan. Oleh karena itu, ada pemulihan seketika dari saluran yang rusak karena perubahan tegangan.
Dalam cairan, kerusakan disebabkan oleh berbagai proses. Pertama, ketidakhomogenan optik terbentuk di ruang antara elektroda, di tempat-tempat ini cairan kehilangan transparansi. A. Teori Gemant menganggap pemecahan dielektrik cair sebagai emulsi. Menurut perhitungan yang dilakukan oleh para ilmuwan, karena aksi medan listrik, tetesan air berbentuk dipol memanjang. Dalam kasus kekuatan medan tinggi, mereka bergabung, yang berkontribusi pada pelepasan di saluran yang terbentuk.
Saat melakukan banyak percobaan, ditemukan bahwa jika ada gas dalam cairan, maka dengan peningkatan tegangan yang tajam, gelembung akan muncul sebelum pecah. Pada saat yang sama, tegangan tembus cairan tersebut menurun dengan penurunan tekanan atau dengan meningkatnya suhu.
Kesimpulan
Material dielektrik modern meningkat seiring dengan berkembangnya industri kelistrikan. Saat ini, teknologi untuk membuat berbagai jenis dielektrik telah sedemikian modern sehingga memungkinkan untuk membuat dielektrik yang murah dengan kinerja tinggi.
DiantaraBahan yang paling diminati dengan karakteristik yang sesuai sangat menarik untuk kaca dan enamel kaca. Instalasi, alkali, lampu, kapasitor, jenis lain dari bahan ini adalah zat dari struktur amorf. Ketika kalsium dan aluminium oksida ditambahkan ke dalam campuran, dimungkinkan untuk meningkatkan sifat dielektrik material dan mengurangi kemungkinan kerusakan.
Email kaca adalah bahan di mana lapisan tipis kaca diendapkan pada permukaan logam. Teknologi ini memberikan perlindungan yang andal terhadap korosi.
Semua bahan dengan karakteristik isolasi listrik banyak digunakan dalam teknologi modern. Jika kerusakan dielektrik dapat dicegah pada waktunya, sangat mungkin untuk mencegah kerusakan pada peralatan yang mahal.
