Avant d'aborder les mécanismes de claquage des diélectriques, essayons de connaître les caractéristiques de ces matériaux. Les matériaux isolants électriques sont des substances qui vous permettent d'isoler des parties d'équipements électriques ou des éléments de circuit qui ont des potentiels électriques différents.
Caractéristiques des matériaux
Par rapport aux matériaux conducteurs, les isolants ont une résistance électrique nettement plus élevée. Une propriété typique de ces matériaux est la création de champs électriques puissants, ainsi que l'accumulation d'énergie. Cette propriété est largement utilisée dans les condensateurs.
Classement
Selon l'état d'agrégation, tous les matériaux isolants électriques sont divisés en liquide, gazeux, solide. Le plus grand est le dernier groupe de diélectriques. Ceux-ci incluent les plastiques, la céramique, les matériaux à haute teneur en polymères.
Selon la composition chimique, les matériaux isolants électriques sont divisés en inorganiques et organiques.
Le carbone est le principal élément chimique des isolants organiques. Les températures maximales résistentmatériaux inorganiques: céramique, mica.
Selon la méthode d'obtention des diélectriques, il est d'usage de les diviser en synthétique et naturel (naturel). Chaque type a certaines caractéristiques. Actuellement, les substances synthétiques constituent un groupe important.
Les matériaux diélectriques solides sont subdivisés en sous-catégories distinctes en fonction de la structure, de la composition et des caractéristiques technologiques des matériaux. Par exemple, il existe des isolants en cire, céramique, minéral, film.
Tous ces matériaux sont caractérisés par une conductivité électrique. Au fil du temps, ces substances présentent une modification de la valeur actuelle en raison d'une diminution du courant d'absorption. A partir d'un certain instant dans le matériau isolant électrique il n'y a plus qu'un courant de conduction, dont la valeur dépend des propriétés de ce matériau.
Caractéristiques du processus
Si l'intensité du champ électrique est supérieure à la limite d'intensité électrique, un claquage diélectrique se produit. C'est le processus de sa destruction. Elle conduit à la perte au lieu de claquage par un tel matériau de ses caractéristiques initiales d'isolation électrique.
La tension de claquage est la valeur à laquelle se produit un claquage diélectrique.
La rigidité diélectrique est caractérisée par la valeur de l'intensité du champ.
Le claquage des diélectriques solides est un processus électrique ou thermique. Elle est basée sur des phénomènes qui conduisent à une augmentation par avalanche des matériaux isolants solides de la valeurcourant électrique.
Le claquage des diélectriques solides a des caractéristiques:
- absence ou faible dépendance à la température et à la tension de la valeur de conductivité;
- rigidité électrique d'un matériau dans un champ uniforme, quelle que soit l'épaisseur du matériau diélectrique utilisé;
- limites étroites de résistance mécanique;
- d'abord, le courant augmente de façon exponentielle, et les claquages des diélectriques solides s'accompagnent d'une brusque augmentation du courant;
- dans un champ non homogène, ce processus se produit dans un endroit avec une intensité de champ maximale.
Panne thermique
Il apparaît lorsqu'il y a de grandes pertes diélectriques, lorsque le matériau est chauffé par d'autres sources de chaleur, lorsque l'énergie thermique est mal évacuée. Une telle panne du diélectrique s'accompagne d'une augmentation du courant électrique à la suite d'une forte diminution de la résistance dans la zone où la conduction thermique est altérée. Un processus similaire est observé jusqu'à ce que la destruction thermique complète du diélectrique se produise à l'endroit affaibli. Par exemple, le matériau isolant électrique solide d'origine fondra.
Panneaux
Le claquage diélectrique a des caractéristiques:
- se produit dans un lieu où l'évacuation de la chaleur vers l'environnement est de mauvaise qualité;
- la tension de claquage diminue avec l'augmentation de la température ambiante;
- la résistance électrique est inversement proportionnelle à l'épaisseur du diélectriquecouche.
Caractéristiques générales
Caractérisons les principaux types de claquage des diélectriques. L'essence du processus réside dans la perte du matériau isolant électrique de ses caractéristiques lorsque la valeur critique de l'intensité du champ électrique est dépassée. Il existe plusieurs types de processus:
- claquage électrique du diélectrique;
- processus thermique;
- vieillissement électrochimique.
La variante électrique se produit à la suite d'une ionisation par impact par des électrons négatifs, apparaissant dans un champ électrique puissant. Ce processus s'accompagne d'une forte augmentation de la densité de courant.
La raison du processus thermique dans l'isolant est une augmentation de la quantité de chaleur générée par le système en raison des effets de la conductivité électrique ou des pertes diélectriques. Le résultat d'une telle panne est la destruction thermique du matériau isolant électrique.
Lorsque la tension de claquage des diélectriques change, des transformations se produisent dans la structure du matériau isolant électrique et la composition chimique du diélectrique change également. En conséquence, une diminution irréversible de la résistance d'isolement est observée. Dans ce cas, un vieillissement électrique du diélectrique se produit.
Dans un milieu gazeux
Comment se produit le claquage des diélectriques gazeux ? En raison du rayonnement cosmique et radioactif, il y a un petit nombre de particules chargées dans les entrefers. Il y a une accélération des électrons négatifs dans le champ, à la suite de quoi ils acquièrent une énergie supplémentaire, dont la valeur dépend directement de l'intensité du champ etlongueur moyenne du trajet de la particule avant la collision. A une valeur d'intensité significative, on observe une augmentation du flux d'électrons, ce qui provoque un claquage du gap. Ce processus est influencé par plusieurs facteurs. Le plus important d'entre eux est l'option de champ. Il existe une relation directe entre la rigidité diélectrique du gaz et la pression et la température.
Milieu liquide
La dégradation des diélectriques liquides est liée à la pureté du matériau isolant électrique. Il y a trois degrés:
- teneur en impuretés mécaniques solides et en eau d'émulsion dans le diélectrique;
- techniquement propre;
- nettoyé et dégazé à fond.
Dans les diélectriques liquides soigneusement nettoyés, il n'y a qu'une version électrique de la panne. En raison de la différence significative entre les densités du liquide et du gaz, la longueur du trajet des électrons diminue, ce qui entraîne une augmentation de la tension de claquage.
Dans l'industrie électrique moderne, des types de diélectriques liquides techniquement purs sont utilisés, seule une légère présence d'impuretés est autorisée.
Il faut tenir compte du fait que même la quantité minimale d'eau d'émulsion dans le matériau isolant électrique liquide provoque une forte réduction de la rigidité diélectrique.
Ainsi, la rigidité diélectrique et la rupture des diélectriques sont des quantités liées. Considérons le mécanisme de claquage en milieu liquide. Des gouttes d'eau d'émulsion sont polarisées dans un champ électrique, puis elles tombent dans l'espace entre les électrodes polaires. Ici, ils sont déformés, fusionnés et des ponts se forment,avec peu de résistance électrique. C'est sur eux que le test se produit. L'apparition de ponts entraîne une réduction significative de la résistance de l'huile.
Caractéristiques des matériaux isolants électriques
Les types de claquage des diélectriques solides considérés ont trouvé leur application dans l'électrotechnique moderne.
Parmi les matériaux diélectriques liquides et semi-liquides actuellement utilisés dans la technologie, les huiles pour transformateurs et condensateurs, ainsi que les fluides synthétiques: sovtol, sovol.
Les huiles minérales sont obtenues à partir de la distillation fractionnée du pétrole brut. Entre leurs types individuels, il existe des différences de viscosité, de caractéristiques électriques.
Par exemple, les huiles pour câbles et condensateurs sont hautement raffinées, elles ont donc d'excellentes caractéristiques diélectriques. Les liquides synthétiques ininflammables sont le sovtol et le sovol. Pour obtenir le premier, une réaction de chloration du diphényle cristallin est effectuée. Ce liquide visqueux transparent est toxique et peut irriter la muqueuse, par conséquent, lorsque vous travaillez avec un tel diélectrique, des précautions doivent être soigneusement observées.
Sovtol est un mélange de trichlorobenzène et de sovol, ce matériau isolant électrique se caractérise donc par une viscosité plus faible.
Les deux fluides synthétiques sont utilisés pour imprégner les condensateurs en papier modernes installés dans les appareils CA et CC industriels.
Bioles matériaux diélectriques à haute teneur en polymère sont composés de nombreuses molécules monomères. Ambre, caoutchouc naturel, a des caractéristiques diélectriques élevées.
Les matériaux cireux tels que la cérésine et la paraffine ont un point de fusion distinct. De tels diélectriques ont une structure polycristalline.
Dans l'électrotechnique moderne, les plastiques, qui sont des matériaux composites, sont en demande. Ils contiennent des polymères, des résines, des colorants, des agents stabilisants ainsi que des composants plastifiants. Selon leur rapport à la chaleur, ils sont classés en matériaux thermoplastiques et thermodurcissables.
Pour les travaux en l'air, on utilise du carton électrique, qui a une structure plus dense par rapport au matériau conventionnel.
Parmi les matériaux isolants électriques en couches à caractéristiques diélectriques, nous soulignons la textolite, les getinaks, la fibre de verre. Ces stratifiés, qui utilisent des résines de silicone ou de résol comme liant, sont d'excellents diélectriques.
Causes du phénomène
Il y a plusieurs raisons à la panne des diélectriques. Par conséquent, il n'existe toujours pas de théorie universelle qui expliquerait pleinement ce processus physique. Quelle que soit l'option d'isolation, en cas de panne, un canal de conductivité spéciale se forme, dont l'ampleur conduit à un court-circuit dans cet appareil électrique. Quelles sont les conséquences d'un tel processus ? Il y a une forte probabilité d'urgence, à la suite de laquellel'appareil électrique sera mis hors service.
Selon le système d'isolation, la panne peut avoir différentes manifestations. Pour les diélectriques solides, le canal conserve une conductivité importante même après la coupure du courant. Les isolants électriques gazeux et liquides se caractérisent par une grande mobilité des électrons chargés. Par conséquent, il y a une restauration instantanée du canal de panne en raison d'un changement de tension.
Dans les liquides, la dégradation est causée par divers processus. Premièrement, des inhomogénéités optiques se forment dans l'espace entre les électrodes, à ces endroits le liquide perd sa transparence. La théorie d'A. Gemant considère le claquage d'un diélectrique liquide comme une émulsion. Selon des calculs effectués par des scientifiques, sous l'action d'un champ électrique, les gouttes d'humidité prennent la forme d'un dipôle allongé. Dans le cas d'une intensité de champ élevée, ils se combinent, ce qui contribue à la décharge dans le canal formé.
Lors de nombreuses expériences, il a été constaté que s'il y a un gaz dans le liquide, alors avec une forte augmentation de la tension, des bulles apparaîtront avant la panne. Dans le même temps, la tension de claquage de ces liquides diminue lorsque la pression diminue ou lorsque la température augmente.
Conclusion
Les matériaux diélectriques modernes s'améliorent à mesure que l'industrie électrique se développe. À l'heure actuelle, la technologie de création de divers types de diélectriques s'est tellement modernisée qu'il est possible de créer des diélectriques peu coûteux à hautes performances.
ParmiLes matériaux les plus demandés avec les caractéristiques correspondantes intéressent particulièrement le verre et les émaux de verre. Installation, alcaline, lampe, condensateur, d'autres types de ce matériau sont des substances de structure amorphe. Lorsque des oxydes de calcium et d'aluminium sont ajoutés au mélange, il est possible d'améliorer les propriétés diélectriques du matériau et de réduire le risque de panne.
Les émaux de verre sont des matériaux dans lesquels une fine couche de verre est déposée sur la surface métallique. Cette technologie offre une protection fiable contre la corrosion.
Tous les matériaux dotés de caractéristiques d'isolation électrique sont largement utilisés dans la technologie moderne. Si une rupture diélectrique est évitée à temps, il est tout à fait possible d'éviter d'endommager des équipements coûteux.
