डायलेक्ट्रिक ताकद

डायलेक्ट्रिक सामर्थ्य डायलेक्ट्रिकची त्यावर लागू केलेल्या इलेक्ट्रिकल व्होल्टेजचा सामना करण्याची क्षमता निर्धारित करते. तर, डायलेक्ट्रिकची विद्युत शक्ती हे विद्युत क्षेत्र शक्ती Epr चे सरासरी मूल्य समजले जाते ज्यावर डायलेक्ट्रिकमध्ये विद्युत खंडित होतो.

डायलेक्ट्रिकचे इलेक्ट्रिकल ब्रेकडाउन ही एक घटना आहे ज्यावर लागू केलेल्या व्होल्टेजच्या कृती अंतर्गत दिलेल्या सामग्रीच्या विद्युत चालकतेमध्ये तीक्ष्ण वाढ होते, त्यानंतरच्या प्रवाहकीय प्लाझ्मा चॅनेलच्या निर्मितीसह.

द्रव किंवा वायूंमध्ये विद्युत खंडित होण्याला इलेक्ट्रिकल डिस्चार्ज देखील म्हणतात. खरं तर, असा स्त्राव तयार होतो कॅपेसिटर डिस्चार्ज करंटइलेक्ट्रोड्सद्वारे तयार होते ज्यावर ब्रेकडाउन व्होल्टेज लागू केले जाते.

या संदर्भात, ब्रेकडाउन व्होल्टेज Upr हा व्होल्टेज आहे ज्यावर विद्युत खंडित होण्यास सुरुवात होते आणि म्हणून डायलेक्ट्रिक ताकद खालील सूत्र वापरून शोधली जाऊ शकते (जेथे h ही नमुन्याची जाडी मोडली जाईल):

एप्रिल = UNC/ता

स्पष्टपणे, कोणत्याही विशिष्ट प्रकरणात ब्रेकडाउन व्होल्टेज विचारात घेतलेल्या डायलेक्ट्रिकच्या डायलेक्ट्रिक सामर्थ्याशी संबंधित असते आणि इलेक्ट्रोडमधील अंतराच्या जाडीवर अवलंबून असते.त्यानुसार, इलेक्ट्रोड्समधील अंतर वाढत असताना, ब्रेकडाउन व्होल्टेज मूल्य देखील वाढते. द्रव आणि वायू डायलेक्ट्रिक्समध्ये, ब्रेकडाउन दरम्यान डिस्चार्जचा विकास वेगवेगळ्या प्रकारे होतो.

वायू डायलेक्ट्रिक्सची डायलेक्ट्रिक ताकद

आयनीकरण - तटस्थ अणूचे सकारात्मक किंवा नकारात्मक आयनमध्ये रूपांतर करण्याची प्रक्रिया.

गॅस डायलेक्ट्रिकमधील मोठे अंतर तोडण्याच्या प्रक्रियेत, एकामागून एक अनेक टप्पे येतात:

1. गॅस रेणूच्या फोटोओनायझेशनच्या परिणामी गॅस गॅपमध्ये एक मुक्त इलेक्ट्रॉन दिसून येतो, थेट मेटल इलेक्ट्रोडमधून किंवा चुकून.

2. अंतरामध्ये दिसणारा मुक्त इलेक्ट्रॉन विद्युत क्षेत्राद्वारे वेगवान होतो, इलेक्ट्रॉनची उर्जा वाढते आणि शेवटी त्याच्याशी टक्कर झाल्यावर तटस्थ अणूचे आयनीकरण करण्यासाठी पुरेसे होते. म्हणजेच, प्रभाव आयनीकरण होते.

3. अनेक प्रभाव आयनीकरण क्रियांच्या परिणामी, एक इलेक्ट्रॉन हिमस्खलन तयार होतो आणि विकसित होतो.

4. एक स्ट्रीमर तयार होतो — इलेक्ट्रॉनच्या हिमस्खलनानंतर उरलेल्या सकारात्मक आयनांनी तयार केलेला प्लाझ्मा चॅनेल आणि नकारात्मक, जो आता सकारात्मक चार्ज केलेल्या प्लाझ्मामध्ये काढला जातो.

5. स्ट्रीमरद्वारे कॅपेसिटिव्ह करंट थर्मल आयनीकरणास कारणीभूत ठरते आणि स्ट्रीमर प्रवाहकीय बनतो.

6. डिस्चार्ज चॅनेलद्वारे डिस्चार्ज गॅप बंद केल्यावर मुख्य डिस्चार्ज होतो.

जर डिस्चार्ज अंतर पुरेसे लहान असेल तर ब्रेकडाउन प्रक्रिया हिमस्खलन ब्रेकडाउनच्या टप्प्यावर किंवा स्ट्रीमर तयार होण्याच्या टप्प्यावर - स्पार्कच्या टप्प्यावर आधीच समाप्त होऊ शकते.

वायूंची विद्युत शक्ती याद्वारे निर्धारित केली जाते:

• इलेक्ट्रोड्समधील अंतर;

• ड्रिल करण्यासाठी गॅसमध्ये दाब;

• इलेक्ट्रॉनसाठी वायूच्या रेणूंची आत्मीयता, वायूची विद्युत ऋणात्मकता.

दबाव संबंध खालीलप्रमाणे स्पष्ट केले आहे. वायूचा दाब वाढला की त्याच्या रेणूंमधील अंतर कमी होते. प्रवेग दरम्यान, इलेक्ट्रॉनने एक लहान मुक्त मार्गाने समान ऊर्जा प्राप्त केली पाहिजे, जी अणूचे आयनीकरण करण्यासाठी पुरेसे आहे.

ही ऊर्जा टक्कर दरम्यान इलेक्ट्रॉनच्या गतीने निर्धारित केली जाते आणि विद्युत क्षेत्रातून इलेक्ट्रॉनवर कार्य करणार्‍या शक्तीच्या प्रवेगामुळे, म्हणजेच त्याच्या ताकदीमुळे वेग विकसित होतो.

पासचेन वक्र इलेक्ट्रोड आणि दाब यांच्यातील अंतराच्या उत्पादनावर गॅसमधील ब्रेकडाउन व्होल्टेज Upr चे अवलंबित्व दर्शवते — p * h. उदाहरणार्थ, p * h = 0.7 पास्कल * मीटरवरील हवेसाठी, ब्रेकडाउन व्होल्टेज सुमारे 330 व्होल्ट आहे. या मूल्याच्या डावीकडे ब्रेकडाउन व्होल्टेजमध्ये वाढ या वस्तुस्थितीमुळे होते की गॅस रेणूशी इलेक्ट्रॉन टक्कर होण्याची शक्यता कमी होते.

इलेक्ट्रॉन आत्मीयता ही काही तटस्थ रेणू आणि गॅस अणूंची स्वतःला अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन जोडण्याची आणि नकारात्मक आयन बनण्याची क्षमता आहे. उच्च इलेक्ट्रॉन आत्मीयता अणू असलेल्या वायूंमध्ये, विद्युत ऋणात्मक वायूंमध्ये इलेक्ट्रॉनांना हिमस्खलन तयार करण्यासाठी मोठ्या प्रवेगक ऊर्जेची आवश्यकता असते.

हे ज्ञात आहे की सामान्य परिस्थितीत, म्हणजे, सामान्य तापमान आणि दाबावर, 1 सेमी अंतरावर हवेची डायलेक्ट्रिक शक्ती अंदाजे 3000 V / मिमी असते, परंतु 0.3 MPa (नेहमीपेक्षा 3 पट जास्त) दाबाने त्याच हवेची डायलेक्ट्रिक सामर्थ्य 10,000 V / mm च्या जवळ होते. SF6 गॅससाठी, एक इलेक्ट्रोनेगेटिव्ह वायू, सामान्य परिस्थितीत डायलेक्ट्रिक सामर्थ्य अंदाजे 8700 V/mm आहे. आणि 0.3 एमपीएच्या दाबाने, ते 20,000 V / मिमी पर्यंत पोहोचते.

लिक्विड डायलेक्ट्रिक्सची डायलेक्ट्रिक ताकद

लिक्विड डायलेक्ट्रिक्ससाठी, त्यांची डायलेक्ट्रिक ताकद त्यांच्या रासायनिक संरचनेशी थेट संबंधित नाही. आणि द्रवामध्ये क्षय होण्याच्या यंत्रणेवर परिणाम करणारी मुख्य गोष्ट म्हणजे वायूच्या तुलनेत, त्याच्या रेणूंची व्यवस्था. प्रभाव आयनीकरण, वायूंचे वैशिष्ट्य, द्रव डायलेक्ट्रिकमध्ये अशक्य आहे.

प्रभाव आयनीकरण ऊर्जा अंदाजे 5 eV आहे, आणि जर आपण ही ऊर्जा विद्युत क्षेत्राची ताकद, इलेक्ट्रॉन चार्ज आणि सरासरी मुक्त मार्ग, जे सुमारे 500 नॅनोमीटर आहे, यांचे उत्पादन म्हणून व्यक्त केले आणि नंतर त्यातून डायलेक्ट्रिक शक्तीची गणना केली, तर आपण 10,000,000 V/mm मिळवा आणि द्रवपदार्थांची वास्तविक विद्युत शक्ती 20,000 ते 40,000 V/mm पर्यंत असते.

द्रवपदार्थांची डायलेक्ट्रिक ताकद प्रत्यक्षात त्या द्रवांमधील वायूच्या प्रमाणात अवलंबून असते. तसेच, डायलेक्ट्रिक ताकद इलेक्ट्रोडच्या पृष्ठभागाच्या स्थितीवर अवलंबून असते ज्यावर व्होल्टेज लागू केला जातो. द्रव मध्ये विघटन लहान वायू फुगे विघटन सह सुरू होते.

वायूमध्ये डायलेक्ट्रिक स्थिरांक खूपच कमी असतो, म्हणून बबलमधील व्होल्टेज आसपासच्या द्रवापेक्षा जास्त असल्याचे दिसून येते. या प्रकरणात, गॅसची डायलेक्ट्रिक ताकद कमी आहे. बबल डिस्चार्जमुळे बुडबुडे वाढतात आणि फुगेमधील आंशिक डिस्चार्जच्या परिणामी द्रव विघटन होते.

लिक्विड डायलेक्ट्रिक्समधील ब्रेकडाउन डेव्हलपमेंट मेकॅनिझममध्ये अशुद्धता महत्त्वाची भूमिका बजावतात. उदाहरणार्थ, ट्रान्सफॉर्मर तेलाचा विचार करा. प्रवाहकीय अशुद्धता म्हणून काजळी आणि पाणी डायलेक्ट्रिक शक्ती कमी करतात ट्रान्सफॉर्मर तेल.

जरी पाणी सहसा तेलात मिसळत नसले तरी, इलेक्ट्रिक फील्डच्या कृती अंतर्गत तेलातील त्याचे सर्वात लहान थेंब ध्रुवीकरण करतात, आसपासच्या तेलाच्या तुलनेत वाढलेल्या विद्युत चालकतेसह सर्किट तयार करतात आणि परिणामी, सर्किटमध्ये तेलाचे तुकडे होतात.

प्रयोगशाळेच्या परिस्थितीत द्रवपदार्थांची डायलेक्ट्रिक सामर्थ्य निर्धारित करण्यासाठी, गोलार्ध इलेक्ट्रोड वापरले जातात, ज्याची त्रिज्या त्यांच्यामधील अंतरापेक्षा कित्येक पटीने जास्त असते. इलेक्ट्रोड्समधील अंतरामध्ये एकसमान विद्युत क्षेत्र तयार केले जाते. एक सामान्य अंतर 2.5 मिमी आहे.

ट्रान्सफॉर्मर तेलासाठी, ब्रेकडाउन व्होल्टेज 50,000 व्होल्टपेक्षा कमी नसावे आणि त्याचे सर्वोत्तम नमुने 80,000 व्होल्टच्या ब्रेकडाउन व्होल्टेज मूल्यामध्ये भिन्न असतात. त्याच वेळी, लक्षात ठेवा की प्रभाव आयनीकरण सिद्धांतामध्ये हे व्होल्टेज 2,000,000 - 3,000,000 व्होल्ट असावे.

तर, द्रव डायलेक्ट्रिकची डायलेक्ट्रिक सामर्थ्य वाढविण्यासाठी, हे आवश्यक आहे:

• कोळसा, काजळी इत्यादीसारख्या घन प्रवाहक कणांपासून द्रव स्वच्छ करा;

• डायलेक्ट्रिक द्रवपदार्थातून पाणी काढून टाका;

• द्रव निर्जंतुक करा (रिकामा करा);

• द्रव दाब वाढवा.

घन डायलेक्ट्रिक्सची डायलेक्ट्रिक ताकद

सॉलिड डायलेक्ट्रिक्सची डायलेक्ट्रिक सामर्थ्य ब्रेकडाउन व्होल्टेज लागू होण्याच्या वेळेशी संबंधित आहे. आणि डायलेक्ट्रिकवर व्होल्टेज लागू केल्यावर आणि त्या वेळी होणार्‍या भौतिक प्रक्रियांवर अवलंबून, ते वेगळे करतात:

• व्होल्टेज लागू झाल्यानंतर काही सेकंदात उद्भवणारी विद्युत बिघाड;

• थर्मल कोलॅप्स जे काही सेकंदात किंवा अगदी तासांमध्ये होते;

• आंशिक डिस्चार्जमुळे ब्रेकडाउन, एक्सपोजरची वेळ एक वर्षापेक्षा जास्त असू शकते.

सॉलिड डायलेक्ट्रिकच्या विघटनाच्या यंत्रणेमध्ये पदार्थाचे प्लाझ्मामध्ये रूपांतर करून, लागू व्होल्टेजच्या कृती अंतर्गत पदार्थातील रासायनिक बंधांचा नाश होतो. म्हणजेच, आपण घन डायलेक्ट्रिकची विद्युत शक्ती आणि त्याच्या रासायनिक बंधांची उर्जा यांच्यातील समानुपातिकतेबद्दल बोलू शकतो.

सॉलिड डायलेक्ट्रिक्स बहुतेकदा द्रव आणि वायूंच्या डायलेक्ट्रिक शक्तीपेक्षा जास्त असतात, उदाहरणार्थ, इन्सुलेट ग्लासमध्ये सुमारे 70,000 V/mm, पॉलीव्हिनिल क्लोराईड - 40,000 V/mm, आणि पॉलीथिलीन - 30,000 V/mm असते.

थर्मल ब्रेकडाउनचे कारण डायलेक्ट्रिकच्या हीटिंगमध्ये आहे डायलेक्ट्रिक नुकसानजेव्हा पॉवर लॉस एनर्जी डायलेक्ट्रिकद्वारे काढलेल्या ऊर्जेपेक्षा जास्त असते.

जसजसे तापमान वाढते तसतसे वाहकांची संख्या वाढते, चालकता वाढते, नुकसान कोन वाढते आणि त्यामुळे तापमान आणखी वाढते आणि डायलेक्ट्रिक ताकद कमी होते. परिणामी, डायलेक्ट्रिक गरम केल्यामुळे, परिणामी बिघाड गरम न करता कमी व्होल्टेजवर होतो, म्हणजेच, जर बिघाड पूर्णपणे विद्युतीय असेल तर.