Kekuatan dielektrik

Kekuatan dielektrik menentukan kemampuan dielektrik untuk menahan tegangan listrik yang diterapkan padanya. Jadi, kekuatan listrik dielektrik dipahami sebagai nilai rata-rata kekuatan medan listrik Epr di mana kerusakan listrik terjadi pada dielektrik.

Kerusakan listrik dielektrik adalah fenomena peningkatan tajam dalam konduktivitas listrik dari bahan tertentu di bawah aksi tegangan yang diberikan padanya, dengan pembentukan saluran plasma konduktif selanjutnya.

Gangguan listrik dalam cairan atau gas juga disebut pelepasan listrik. Nyatanya, pelepasan seperti itu terbentuk arus pelepasan kapasitordibentuk oleh elektroda yang tegangan tembusnya diterapkan.

Dalam konteks ini, tegangan tembus Upr adalah tegangan di mana gangguan listrik dimulai, dan oleh karena itu kekuatan dielektrik dapat ditemukan menggunakan rumus berikut (di mana h adalah ketebalan sampel yang akan dipecah):

Epr = UNC/jam

Jelas, tegangan tembus dalam kasus tertentu terkait dengan kekuatan dielektrik dari dielektrik yang dipertimbangkan dan tergantung pada ketebalan celah antara elektroda.Dengan demikian, ketika celah antara elektroda meningkat, nilai tegangan tembus juga meningkat. Dalam dielektrik cair dan gas, pengembangan pelepasan selama kerusakan terjadi dengan cara yang berbeda.

Kekuatan dielektrik dielektrik gas

Ionisasi - proses mengubah atom netral menjadi ion positif atau negatif.

Dalam proses memecah celah besar dalam dielektrik gas, beberapa tahapan mengikuti satu demi satu:

1. Elektron bebas muncul di celah gas akibat fotoionisasi molekul gas, langsung dari elektroda logam atau secara tidak sengaja.

2. Elektron bebas yang muncul di celah dipercepat oleh medan listrik, energi elektron meningkat dan akhirnya menjadi cukup untuk mengionisasi atom netral saat bertabrakan dengannya. Artinya, terjadi ionisasi tumbukan.

3. Sebagai hasil dari banyak aksi ionisasi tumbukan, longsoran elektron terbentuk dan berkembang.

4. Streamer terbentuk - saluran plasma dibentuk oleh ion positif yang tersisa setelah lewatnya longsoran elektron, dan ion negatif, yang sekarang ditarik ke dalam plasma bermuatan positif.

5. Arus kapasitif melalui streamer menyebabkan ionisasi termal dan streamer menjadi konduktif.

6. Ketika celah pembuangan ditutup oleh saluran pembuangan, terjadi pelepasan utama.

Jika celah pelepasan cukup kecil, maka proses kerusakan dapat berakhir pada tahap kerusakan longsoran atau pada tahap pembentukan aliran - pada tahap percikan.

Kekuatan listrik gas ditentukan oleh:

• Jarak antar elektroda;

• Tekanan pada gas yang akan dibor;

• Afinitas molekul gas untuk elektron, elektronegativitas gas.

Hubungan tekanan dijelaskan sebagai berikut. Saat tekanan dalam gas meningkat, jarak antar molekulnya berkurang. Selama percepatan, elektron harus memperoleh energi yang sama dengan jalur bebas yang jauh lebih pendek, yang cukup untuk mengionisasi sebuah atom.

Energi ini ditentukan oleh kecepatan elektron selama tumbukan, dan kecepatan berkembang karena percepatan gaya yang bekerja pada elektron dari medan listrik, yaitu karena kekuatannya.

Kurva Paschen menunjukkan ketergantungan tegangan tembus Upr dalam gas pada produk jarak antara elektroda dan tekanan — p * h. Misalnya, untuk udara pada p * h = 0,7 Pascal * meter, tegangan tembusnya sekitar 330 volt. Peningkatan tegangan tembus di sebelah kiri nilai ini disebabkan oleh fakta bahwa kemungkinan elektron bertabrakan dengan molekul gas berkurang.

Afinitas elektron adalah kemampuan beberapa molekul netral dan atom gas untuk mengikat elektron tambahan ke dirinya sendiri dan menjadi ion negatif. Dalam gas dengan atom afinitas elektron tinggi, dalam gas elektronegatif elektron membutuhkan energi percepatan yang besar untuk membentuk longsoran.

Diketahui bahwa dalam kondisi normal, yaitu pada suhu dan tekanan normal, kekuatan dielektrik udara pada celah 1 cm kira-kira 3000 V / mm, tetapi pada tekanan 0,3 MPa (3 kali lebih besar dari biasanya) kekuatan dielektrik udara yang sama menjadi mendekati 10.000 V / mm. Untuk gas SF6, gas elektronegatif, kekuatan dielektrik dalam kondisi normal kira-kira 8700 V/mm. Dan pada tekanan 0,3 MPa mencapai 20.000 V / mm.

Kekuatan dielektrik dielektrik cair

Adapun dielektrik cair, kekuatan dielektriknya tidak terkait langsung dengan struktur kimianya. Dan hal utama yang mempengaruhi mekanisme peluruhan dalam cairan adalah susunan molekulnya yang sangat dekat, dibandingkan dengan gas. Ionisasi tumbukan, karakteristik gas, tidak mungkin terjadi dalam dielektrik cair.

Energi impak ionisasi kira-kira 5 eV, dan jika kita menyatakan energi ini sebagai produk dari kekuatan medan listrik, muatan elektron, dan jalur bebas rata-rata, yaitu sekitar 500 nanometer, dan kemudian menghitung kekuatan dielektrik darinya, kita dapatkan 10.000.000 V/mm , dan kekuatan listrik nyata untuk cairan berkisar antara 20.000 hingga 40.000 V / mm.

Kekuatan dielektrik cairan sebenarnya tergantung pada jumlah gas dalam cairan tersebut. Juga, kekuatan dielektrik tergantung pada kondisi permukaan elektroda yang diberi tegangan. Pemecahan menjadi cairan dimulai dengan pemecahan gelembung gas kecil.

Gas memiliki konstanta dielektrik yang jauh lebih rendah, sehingga tegangan di dalam gelembung ternyata lebih tinggi daripada cairan di sekitarnya. Dalam hal ini, kekuatan dielektrik gas lebih rendah. Pelepasan gelembung menyebabkan pertumbuhan gelembung dan akhirnya pecahnya cairan terjadi sebagai akibat pelepasan sebagian dalam gelembung.

Kotoran memainkan peran penting dalam mekanisme pengembangan kerusakan di dielektrik cair. Pertimbangkan, misalnya, minyak transformator. Jelaga dan air sebagai kotoran konduktif mengurangi kekuatan dielektrik minyak transformator.

Meskipun air biasanya tidak bercampur dengan oli, tetesan terkecilnya dalam oli di bawah aksi medan listrik terpolarisasi, membentuk sirkuit dengan konduktivitas listrik yang meningkat dibandingkan dengan oli di sekitarnya, dan sebagai akibatnya, kerusakan oli terjadi di sepanjang sirkuit.

Untuk menentukan kekuatan dielektrik cairan dalam kondisi laboratorium, elektroda hemisfer digunakan, yang jari-jarinya beberapa kali lebih besar dari jarak di antara keduanya. Medan listrik yang seragam dibuat di celah antara elektroda. Jarak tipikal adalah 2,5 mm.

Untuk oli trafo, tegangan tembus tidak boleh kurang dari 50.000 volt, dan sampel terbaiknya berbeda dalam nilai tegangan tembus 80.000 volt. Pada saat yang sama, ingatlah bahwa dalam teori ionisasi tumbukan tegangan ini seharusnya 2.000.000 — 3.000.000 volt.

Jadi, untuk meningkatkan kekuatan dielektrik dielektrik cair, diperlukan:

• Bersihkan cairan dari partikel konduktif padat seperti batu bara, jelaga, dll.;

• Keluarkan air dari cairan dielektrik;

• Disinfeksi cairan (evakuasi);

• Meningkatkan tekanan cairan.

Kekuatan dielektrik dielektrik padat

Kekuatan dielektrik dielektrik padat terkait dengan waktu di mana tegangan tembus diterapkan. Dan tergantung pada waktu tegangan diterapkan ke dielektrik, dan pada proses fisik yang terjadi pada saat itu, mereka membedakan:

• Kegagalan listrik yang terjadi dalam sepersekian detik setelah tegangan diterapkan;

• Keruntuhan termal yang terjadi dalam hitungan detik atau bahkan jam;

• Kerusakan karena pelepasan sebagian, waktu pemaparan mungkin lebih dari satu tahun.

Mekanisme pemecahan dielektrik padat terdiri dari penghancuran ikatan kimia dalam suatu zat di bawah aksi tegangan yang diberikan, dengan transformasi zat menjadi plasma. Artinya, kita dapat berbicara tentang proporsionalitas antara kekuatan listrik dielektrik padat dan energi ikatan kimianya.

Dielektrik padat seringkali melebihi kekuatan dielektrik cairan dan gas, misalnya kaca isolasi memiliki kekuatan listrik sekitar 70.000 V/mm, polivinil klorida - 40.000 V/mm, dan polietilen - 30.000 V/mm.

Penyebab kerusakan termal terletak pada pemanasan dielektrik karena kerugian dielektrikketika energi kehilangan daya melebihi energi yang dihilangkan oleh dielektrik.

Dengan meningkatnya suhu, jumlah pembawa meningkat, konduktivitas meningkat, sudut kehilangan meningkat, dan oleh karena itu suhu semakin meningkat dan kekuatan dielektrik menurun. Akibatnya, karena pemanasan dielektrik, kegagalan yang dihasilkan terjadi pada tegangan yang lebih rendah daripada tanpa pemanasan, yaitu jika kegagalan itu murni listrik.