Реферат-1 Тақырыбы : Сұйық диэлектриктердің тесілуі Орындаған: Ташим Н. Топ студенті: иэс-20 11к тексерген: Дюсенбаев Т. С
жүктеу/скачать 265,24 Kb.
|
Материалтану. Ташим Нұрай-11
| Сұйық диэлектриктер
Сұйық диэлектриктер – формасы болмайды, бірақ анықталған көлемі болады. Олар әртүрлі себептерге байланысты бірнеше түрге жіктеледі: 1. Химиялық жағынан: a) мұнайлы майлар b) синтетикалық сұйықтар (хлорланған, фторланған, көміртекті, кремний оргоник) c) шемекі май 2. Мұнайлы майлардың өзі қолданылуы бойынша: a) трансформаторлы май, кабельді, конденсаторлы т.б. b) касторовое масло (для трансфор., для охложд. пен изолятор) (получают из семен клещевины) c) совол d) совтол Сұйық электроқшаулағыш материалдардың негізгі қасиеттеріне: Электрлі беріктігі Епр; ылғалдылығы; тұтқырлығы; тығыздығы, қоюлану, қайнау температурасы, меншікті жылдамдылығы, өткізгіштігі жатады. Сұйық диэлектриктер гигроскопты және ауа оттегінің, жоғары температура мен күн сәулесінің әсерінен әсіресе жылтырсырлы оқшаулама және металдармен жанасқанда тотығады. Бұл жағдайда пайда болатын және сырттан әкелінген қоспалар (әсіресе су, целлюлозды талшықтар, тұздар, сілтілер мен қышқылдар) электр беріктігін тез төмендетеді және электроқшаулама сұйықтардың тесіп өту механизмін күрделендіреді. Электртехникасында трансформатор майы ең көп қолданылады (оның түрлері: конденсаторлы, кабельді), шекті типті метандық Cn H(2n + 2), мұнайлы CnH2n және хош иісті CnH(2n + 2) сұйықты көміртектілердің қоспаларын өзімен көрсетеді және мұнайды өткізуінің бір фракциясының өнімі болып келеді. Сұйық диэлектриктер-электрлік кедергісі Ом-нан асатын молекулалық сұйықтықтар, қатты диэлектриктер сияқты, сұйық диэлектриктер электр өрістерінде полярланады: олар электронды және бағдарлы поляризациямен сипатталады. Сұйық диэлектриктердің диэлектрлік тұрақтысы (статикалық) 102 мәнге жетуі мүмкін (104 Гц жиілігі үшін). Күшті электр өрістерінде сұйық диэлектриктердің электрлік бұзылуы орын алады, оның механизмі (жылу немесе электронды) сұйықтықтың сипатына, оның тазалығына, температурасына және т. б. байланысты болады. Сұйық диэлектриктер-қаныққан хош иісті, хлорланған және фторланған көмірсутектер, қанықпаған парафин және вазелин майлары, органосилоксандар (полиорганосилоксандар), сұйытылған газдар, дистилденген су, кейбір халькогенидтердің балқымалары және т.б. сұйық диэлектриктер молекулалардағы электрондардың коваленттік байланысымен сипатталады, ал молекулалар арасында Ван дер Вааль күштері әрекет етеді. Сұйық диэлектриктер электр және радиотехникалық аппаратураны өндіру кезінде сіңіргіш және құйғыш құрам ретінде электр оқшаулау техникасында: жоғары кернеулі электр аппараттарында, сондай-ақ электрондық аппаратура блоктарында қолданылады. Қолдану бойынша олар конденсаторларға, кабельдерге, түзеткіш қондырғылар мен турбогенераторларға, май қосқыштарына арналған сұйықтықтарға бөлінеді. Сұйық диэлектриктердің электрлік беріктігі, диэлектрлік тұрақтысы және жылу өткізгіштігі атмосфералық қысымдағы ауа мен басқа газдарға қарағанда жоғары мәнге ие. Сондықтан электр оқшаулағыш сұйық диэлектриктер қатты кеуекті оқшаулаудың электрлік беріктігін арттыруды, трансформатор орамаларынан жылуды кетіруді және май ажыратқыштардағы электр доғасын сөндіруді қамтамасыз етуі керек. Импульсті электр өрісінде олардың электрлік беріктігі артады. Сұйық диэлектриктерде электр өткізгіштіктің екі негізгі механизмі бар: иондық және молионды. Ионның электр өткізгіштігі сұйық молекулалардың диссоциациялануымен, сондай-ақ іс жүзінде жиі кездесетін әртүрлі қоспалардың немесе ластаушы заттардың құрамымен анықталады, өйткені сұйықтықтар оңай ластанады. Техникалық таза сұйық диэлектриктерде әрдайым белгілі бір қоспалар болады, олар әдетте негізгі диэлектрикке қарағанда оңай ыдырайды, сондықтан олардың өткізгіштігі сұйықтықтың тазалығына байланысты: диэлектриктің өзіндік өткізгіштігіне қоспа өткізгіштігі қолданылады. Сұйық диэлектриктің табиғатына байланысты онда әртүрлі диссоциацияланатын қоспалар болуы мүмкін. Мысалы, мұнай электр оқшаулағыш майы кейбір органикалық қышқылдармен бірге жүреді; майдың өзі химиялық бейтарап көмірсутек. Бұл қышқылдар жеңіл диссоциацияның арқасында майдың нақты өткізгіштігін едәуір арттырады. Сұйық диэлектрикте, атап айтқанда, сол майда ластану-бұл белгілі гигроскопиялық майдың арқасында атмосфералық ауадан тікелей түсетін су.Электр құрылғыларында сұйық электр оқшаулағыш материалдар ретінде электр оқшаулағыш минералды майлар мен синтетикалық сұйық диэлектриктер қолданылады. Сұйық оқшаулағыш материалдар электр машиналары мен аппараттарында жиі қолданылады. Трансформаторда май оқшаулау рөлін атқарады. Сұйық диэлектриктерге сонымен қатар сұйытылған газдар, қанықпаған вазелин және парафин майлары, полиорганосилоксандар, тазартылған су (тұздар мен қоспалардан тазартылған) жатады. Электр оқшаулаудың мақсаты – қандай жолмен болсын электр тоғын өткізбеу, сонымен қатар электрлік сұлба құрылымының көрсетілуі бойынша. Сонымен, диэлектрлік материалдарға белсенді диэлектриктер де жатады, басқарылатын қасиеттері бар диэлектриктер: сегнетоэлектриктер, пьезоэлектриктер, электреттер. Олардың параметрлері және соңғы әртүрлі фактордағы тәуелділігін диэлектрик жайлы ортақ жағдайды оқуға пайдаланылады. Әртүрлі жағдайларда электроқшаулағыш материалдарды қолдануға әр түрлі талаптар қойылады. Механикалық, жылулық және де басқа физикалық – химиялық қасиеттері үлкен роль атқарады. Оларды сол немесе басқа түрге өңдеу кезінде олардан керекті бұйымдар, сонымен қатар бағасы және материалдардың жетіспеушілігі. Электроқшаулағыш материалдар олардың агрегатты жағдайына байланысты газтәріздес, сұйық және қатты деп бөлінеді. Электр өрістегі әрбір диэлектрик, өрістің кернеулігі Е критикалық мәннен асып кетсе, өзінің оқшауламалы қасиеттерін жоғалтады. Бұл құбылыс диэлектриктердің тесілуі деп аталады. Тесілу жүріп өткен кездегі кернеу – Uт – тесілу кернеуі деп, ал соған сәйкес – Ет – тесілу кернеулігі диэлектриктің электрлік беріктігі деп аталады. Өрістің тесілу кернеулігі Ет, тесілу кернеуінің Uт, тесулі орнындағы диэлектриктің қалыңдығына қатынасымен анықталады. Сұйық диэлектриктің электрлік беріктігін азайтатынын, оның құрамындағы ылғалдылығы мен температурасы осыларға қосылып электр беріктігін азайтатын және өрістің түрін өзгертетін қатты түрлі ластар, кірлер (күйе, шаң, күлдер, талшықтар, т.б.) Сұйық диэлектриктерді осы кірмелерден тазартса, электр беріктігі жоғарылайды. Сұйық диэлектриктерде тесілудің келесі түрлері болуы мүмкін: Соқпа иондалу нәтижесіндегі электрлік тесілу; Диэлектрлік шығындардың лезде жоғарылауы кезіндегі және қоспа-лардың ең көп жиналған жерлеріндегі сұйықтықты қыздыру кезіндегі жылулық тесілу; Сұйықтықтың газды қосылулары, диэлектрлік шығындардың өсуі нәтижелеріндегі иондандырылған тесілу. Сұйық диэлектрдің кер-неулігін ( ) төмендететін ең маңызды себепші ылғал және де өрісті заттар мен ауаның қоспалары болып табылады. Сұйық диэлектриктердің негізгі сипаттамалары – диэлектрлік тұрақты, диэлектрлік беріктік және электр өткізгіштік. Сондай-ақ, диэлектриктердің электрлік параметрлері көбінесе олардың тазару дәрежесіне байланысты. Қатты қоспалар бос иондар мен электрондардың көбеюіне байланысты сұйықтықтардың электр өткізгіштігін арттыра алады. Сұйықтықтарды дистилляция, ион алмасу және т.б.материалдың диэлектрлік беріктігінің мәнінің өсуіне әкеледі, сол арқылы оның электр өткізгіштігі төмендейді. Сұйық диэлектриктер үш топқа бөлінеді: мұнай майлары; өсімдік майлары; синтетикалық сұйықтықтар. Көбінесе трансформаторлық, кабельдік және конденсаторлық майлар сияқты мұнай майлары қолданылады. Трансформатор майы электротехникада кеңінен қолданылады. Ол мұнайдан оны кезең-кезеңімен айдау және кейіннен химиялық тұрақсыз қоспалардан мұқият тазарту арқылы алынады. Трансформатор майының мақсаты екі: біріншіден, май, талшықты оқшаулаудағы кеуектерді, сондай-ақ орама сымдары арасындағы және орамдар мен трансформатор цистернасының арасындағы саңылауларды толтыру, оқшаулаудың диэлектрлік беріктігін айтарлықтай арттырады; екіншіден, трансформатордың орамдары мен өзегінің жоғалуынан пайда болатын жылуды кетіруді жақсартады. Трансформатор майының тағы бір маңызды қосымшасы жоғары вольтты май ажыратқыштары болып табылады. Майлы ажыратқыштарда сұйық диэлектрик тек өткізгіш бөліктерді оқшаулап қана қоймайды, сонымен қатар іске қосылатын қосқыштың контактілері арасында пайда болатын электр доғасын сөндіретін орта ретінде әрекет етеді. Трансформатор майы сонымен қатар май толтырылған төлкелерді, реакторлардың кейбір түрлерін, реостаттар мен басқа да электр аппараттарын толтыру үшін қолданылады. Қалыпты жағдайда сұйық диэлектриктердің газдарға қарағанда электр беріктігі бірнеше есе жоғарырақ кернеуге өтеді. Кірмелер болғандықтан, бұл заттардың тесіп өту теориясын қалыптастыру қиын. Сұйықтарды электрлік тесіп өту теориясы тек кірмелерден тазартылған сұйықтарға ғана байланысты. Сол электр өрісінің кернеулігінің өте үлкен мәндерінде электродтардан электрондар ыршып (жұлынып) шығуы мүмкін және зарядталған бөлшектердің келіп соғуынан, газдардағы сияқты сұйықтың молекуласы ыдырайды. Бірақ газға қарағанда сұйықтардың электрлік беріктігінің жоғарылығы электрондардың еркін жолының қысқаруымен анықталады. Газ қосқыштары бар сұйықтарды тесіп өтуі, сұйықтың бір жерінің қатты қызуымен түсіндіріледі. Өйткені газдың көбіршіктері сұйыққа қарағанда, өте жеңіл ионданады да, қосымша энергия туғызады. Осы энергияның арқасында екі электродтардың арасында газ каналы пайда болады. Сұйық диэлектриктегі су үш күйде болуы мүмкін: а) молекулалық - ерітілген; б) эмульсия түрінде, яғни сұйық диэлектриктегі ең кішкентай тамшылар түрінде; в) одан түсетін эмульсияда ұсталмайтын артық су түрінде. Артық су диэлектрикке түседі, егер оның тығыздығы 1000 кг/м3 – ден аз болса (мысалы, май) немесе диэлектриктің тығыздығы 1000 кг/м3-ден асатын болса (мысалы, хлорланған дифенил-совол), оның бетінде қалқып шығады. Сұйық диэлектриктегі су диэлектриктің еріту қабілетінің өзгеруіне байланысты температура өзгерген кезде бір күйден екінші күйге ауысуы мүмкін. Температура жоғарылаған сайын еріту қабілеті жоғарылайды және эмульсиялық су толығымен немесе ішінара молекулалық еритін күйге, ал артық су температура мәніне байланысты эмульсияға өтеді. Температура төмендеген кезде кері процесс жүреді. Ұзақ уақыт жоғары температураға ұшыраған кезде сұйық диэлектриктің кептіру әсері (судың булануы) әсер етеді. Сұйықтықтың гигроскопиясы оның құрамына және полярлық молекулалардың болуына байланысты. Полярлық молекулалар әдетте өте белсенді, сондықтан полярлық сұйықтықтар әртүрлі қоспалар мен ластанулармен оңай араласады. Сұйық ластану тек су ғана емес, сонымен қатар басқа бөгде сұйықтық болуы мүмкін. Әр түрлі газдардың майындағы ерігіштікке тоқталайық. Қалыпты жағдайда сұйық диэлектриктер әрқашан еріген газды қамтиды; атап айтқанда, газды ерітудің үлкен қабілеті мұнай майымен ерекшеленеді. Әр түрлі газдар сұйықтықта әр түрлі ериді. Олардың бұл қабілеті әдетте көлем бойынша пайызбен анықталады (ерігіштік коэффициенті). Мысал үшін, кейбір газдар үшін майдағы ерігіштік коэффициентінің мәні: ауа 9.4; азот 8.6; оттегі 16; көмірқышқыл газы 120; сутегі 7. Осының арқасында майда ерітілген ауаның құрамы атмосфералық ауаның құрамынан ерекшеленеді. Әдетте атмосфералық ауада 78% азот және 21% оттегі бар (көлемі бойынша), ал майда олардың қатынасы келесідей болады: 69.8% азот және 30.2% оттегі. Температураның өзгеруі майдағы газдардың ерігіштігіне әр түрлі әсер етеді. Мысалы, температура 20-дан 800С-қа дейін көтерілгенде сутегі мен азоттың ерігіштігі артады, оттегі аздап төмендейді, ал көмірқышқыл газы күрт төмендейді. Сұйық диэлектриктердің иондық өткізгіштігін оның негізгі түрі ретінде қарастырыңыз. Табиғи иондық өткізгіштік молекулалардың диссоциациялану қабілетіне байланысты. Гетерополярлы деп аталатын таза иондық байланысы бар молекулаларды оңай ыдыратады. Сұйық молекулалардың диссоциациясы электр өрісінің әсерінсіз де жүреді; сұйықтықтардың белгілі бір көлеміндегі диссоциацияланған молекулалар санының олардың диссоциация дәрежесі деп аталатын жалпы санына қатынасы сұйықтықтың салыстырмалы диэлектрлік өткізгіштігіне байланысты екендігі анықталды. Осы Ережеге сәйкес үлкен диэлектрлік өткізгіштігі бар полярлық сұйықтықтар диссоциация дәрежесі жоғарылайды және өзіндік өткізгіштік жоғарылайды. Полярлы емес сұйықтықтарда, мысалы, мұнай электр оқшаулағыш майында, көмірсутек молекулаларының диссоциацияға әлсіз қабілетіне байланысты табиғи өткізгіштігі өте төмен. Мұндай сұйықтықтарда электр өткізгіштік негізінен қоспалық сипатқа ие, ал өткізгіштік қоспаның қасиеттеріне де, оның диэлектриктегі құрамына да байланысты. Полярлық сұйықтықтар әсіресе қоспаларға сезімтал. Бұл үлкен салыстырмалы диэлектрлік өтімділігі бар сұйықтықтағы қоспалар молекулаларының диссоциациялану дәрежесі төмен диэлектрлік өтімділігі бар сұйықтықтарға қарағанда жоғары болуымен түсіндіріледі. Полярлық сұйықтықтардың осы ерекшелігіне байланысты олар көбінесе өздерінің өткізгіштігін қоспадан бөлу қиынға соғады. Моли электр өткізгіштігінің заңдылықтарын қарастырамыз. Сұйықтықта үлкен ажыратымдылығы бар заманауи оптикалық микроскоптардың көмегімен әртүрлі шығу тегі бар коллоидты бөлшектерді анықтауға және олардың электр өрісіндегі қозғалысының сипатын бақылауға болады. Коллоидты бөлшектер электр өрісі арқылы белгілі бір белгінің электродына өтеді (белгілі бір кернеуде). Қоспа сұйықтығының коллоидты бөлшектері үшін бөлшектің заряд белгісі негізгі Сұйықтық пен қоспалардың салыстырмалы диэлектрлік өткізгіштігінің қатынасына байланысты болады. Егер қоспаның салыстырмалы диэлектрлік тұрақтысы негізгі сұйықтықтан аз болса, онда қоспаның бөлшектері теріс зарядталады, әйтпесе оң болады. Гетерогенді электр өрісі жағдайында коллоидты бөлшектер электр өрісінің максималды кернеу аймағына, тиісті белгінің электродына түседі, нәтижесінде ластану концентрациясы оның басқа аймақтарда белгілі төмендеуіне байланысты айтарлықтай артады. Жалпы, моли электр өткізгіштігімен уақыт өте келе ластану бөлшектері электродтарда шоғырланады, осылайша сұйықтықтар ластанудан тазартылады. Коллоидты бөлшектердің қозғалыс бағытының үздіксіз өзгеруіне байланысты ауыспалы кернеуде олардан тазарту әсері байқалмайды. Тұрақты кернеуді қосқаннан кейін уақыт өте келе тазарту әсеріне байланысты сұйықтықтың нақты кедергісі артады. жүктеу/скачать 265,24 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|