Реферат пәні бойынша : Жоғары кернеу техникасы Тақырыбы: «Қатты диэлектриктердің тесілуі»
жүктеу/скачать 369,4 Kb. Pdf көрінісі
|
жоғары кернеу техникасы реферат Бекмуратов Р ээ-402
| Қатты диэлектриктердің бұзылуы
Қатты диэлектриктердің бұзылуының төрт түрі бар: 1. макроскопиялық біртекті диэлектриктердің электрлік бұзылуы; 2. гетерогенді диэлектриктердің электрлік бұзылуы; 3. жылу (электр жылу) сынамасы; 4. электрохимиялық бұзылу. Макроскопиялық біртекті диэлектриктердің электрлік бұзылуы. Бұзудың бұл түрі өте жылдам дамумен сипатталады, ол 10 −7 – 10 −8 с - тан аз уақыт ішінде жүреді және жылу энергиясына байланысты емес. Электрлік бұзылу табиғаты бойынша таза электронды процесс болып табылады, мұнда қатты денеде бірнеше бастапқы электрондар электронды қар көшкінін жасайды. Таза электрлік бұзылу материалдың қызуына әкелетін электр өткізгіштік пен диэлектрлік шығындардың әсерін болдырмағанда, сондай - ақ газ қосындыларының иондануы болмаған кезде орын алады. Біртекті емес диэлектриктердің электрлік ыдырауы. Бұл бұзылу газ қосындылары бар диэлектриктерге тән. Ол сондай - ақ өте қарқынды дамуымен сипатталады. Сыртқы біртекті және біртекті емес өрістегі біртекті емес диэлектриктердің бұзылу кернеулері, әдетте, төмен және бір - бірінен аз ерекшеленеді. Үлгінің қалыңдығы артқан сайын құрылымның гетерогенділігі артады, әлсіз нүктелер мен газ қосындыларының саны артады, біркелкі және біртекті емес өрістерде электрлік беріктік төмендейді. Электродтардың ауданы диэлектриктің беріктігіне де әсер етеді. Электродтың ауданы неғұрлым аз болса, соғұрлым диэлектрлік беріктік мәні өріс шегіне түсетін әлсіз нүктелер санының азаюына байланысты болуы мүмкін. Кеуектілігі ашық диэлектриктер төмен электрлік беріктігімен сипатталады: мәрмәр, сіңдірілмеген қағаз, ағаш, кеуекті керамика. Жоғары электрлік беріктігі тығыз құрылымы бар және құрамында газ қоспалары жоқ диэлектриктермен сипатталады: слюда, шыны, қағаз, сұйық диэлектрикпен мұқият сіңдірілген. [1] Термиялық бұзылу. Бұл бұзылу материалды электрлік өрісте электр өткізгіштік немесе диэлектрлік шығындар арқылы шамадан тыс жоғарылатумен байланысты оның электр оқшаулау қасиеттерінің жергілікті жоғалуына сәйкес келетін температураға дейін қыздырумен байланысты. Термиялық бұзылу кезінде бұзылу кернеуі бірқатар факторларға байланысты: өріс жиілігі, салқындату жағдайлары, қоршаған орта температурасы және т.б. Сонымен қатар, термиялық бұзылу кернеуі материалдың ыстыққа төзімділігіне байланысты. Оқшаулағыштың температурасы белгілі бір сыни мәннен аспауын қамтамасыз ету үшін, одан жоғары оқшаулағыштың термиялық бұзылуы сөзсіз орын алады, рұқсат етілген кернеуді дұрыс орнату қажет. Температураның барлық өзгерісі диэлектриктен тыс жүреді деп есептесек, 6 жұмыс кернеуін жылу бөлінісін оқшаулағыштың бетінен берілген температурада алынған жылу мөлшеріне теңестіру арқылы табуға болады: U2wCtgd= sS(Trab – T0), (1,1) мұндағы U - кернеу, V; U2wC – реактивті қуат, VA; w – бұрыштық жиілік, s - 1; C – оқшаулағыштың сыйымдылығы, F; tgd – жұмыс температурасындағы жоғалту тангенсі; s – жылу беру коэффициенті, Вт/м2·К; S – оқшаулағыш бетінің ауданы, м2; Twork және T0 – оқшаулағыш бетінің және қоршаған ортаның температуралары, К. Бұл өрнек белгілі электр сыйымдылығы және диэлектриктің жақсы жылу өткізгіштігі бар өнімдер үшін рұқсат етілген кернеуді жеткілікті дәлдікпен есептеуге мүмкіндік береді, бұл өнімнің көлденең қимасы бойынша аз температура айырмашылығын қамтамасыз етеді. Нақтырақ есептеулер үшін В.А.Фок пен Н.Н.Семенов термиялық бұзылу жағдайындағы бұзылу кернеуінің қатаң аналитикалық өрнектерін алды: 𝑈𝑈 = 383 � 𝛾𝛾 𝜏𝜏 ƒ ∙𝜀𝜀∙tan 𝛿𝛿∙𝛼𝛼 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 𝜑𝜑 ( с ) , (1,2) мұндағы g t – диэлектриктің меншікті электр өткізгіштігі, Вт/м·К; f – жиілік, Гц; tgd0 – қоршаған орта температурасындағы диэлектрлік шығын тангенсі; atgd – температура коэффициенті tgd, 1/К; j(cs) – электродтар металының жылу өткізгіштігіне, диэлектриктен металға жылу беру коэффициентіне, диэлектрик пен электродтардың қалыңдығына байланысты с аргументінің түзету функциясы. [2] Электрохимиялық бұзылу әсіресе жоғары температурада және ауаның жоғары ылғалдылығында маңызды. Бұзылу түрі материалда электролиттік процестер дамып, оқшаулау кедергісінің қайтымсыз төмендеуін тудыратын төмен жиілікті тікелей және ауыспалы кернеулерде байқалады. Бұл құбылыс жиі электрлік өрісте диэлектрлік қартаю деп аталады, өйткені ол электрлік беріктіктің біртіндеп төмендеуіне әкеледі, қысқа мерзімді сынақта алынған бұзылу күшінен айтарлықтай төмен өріс кернеулігінде бұзылумен аяқталады. Бұл құбылыс органикалық (сіңдірілген қағаз, резеңке және т.б.) және кейбір бейорганикалық диэлектриктерде (титан керамикасында) кездеседі. Электрохимиялық бұзылудың дамуы ұзақ уақытты талап етеді, өйткені ол материалдағы аз мөлшердегі химиялық белсенді заттардың баяу бөлінуіне әкелетін электр өткізгіштік құбылысымен немесе жартылай өткізгіш қосылыстардың түзілуімен байланысты. Құрамында валенттілігі өзгермелі металл оксидтері бар керамикаларда (мысалы, TiO2) электрохимиялық бұзылу алюминий, кремний, магний және барий оксидтерінен тұратын керамикаға қарағанда әлдеқайда жиі кездеседі. Алюмосиликатты керамикадағы сілтілі оксидтердің болуы электрохимиялық бұзылудың пайда болуына ықпал етеді және рұқсат етілген 7 жұмыс температурасын шектейді. Электрохимиялық бұзылу кезінде электрод материалының маңызы зор. Керамикаға таралуы мүмкін күміс, мысалы, алтыннан айырмашылығы электрохимиялық ыдырауды жеңілдетеді. [ 3] Электрохимиялық бұзылуды жоғары температурада және қоршаған ортаның жоғары ылғалдылығында қатты диэлектрик тұрақты токтың немесе төмен жиілікті айнымалы токтың номиналды кернеуінде ұзақ уақыт жұмыс істеген жағдайда байқауға болады. Сонымен қатар, электрохимиялық бұзылу жоғары жиілікте орын алуы мүмкін, егер материалдың жабық кеуектерінде жылу эффектісі мен тотықсызданумен бірге жүретін газ иондалуы болса, мысалы, керамика, айнымалы валенттілік металл оксидтері (мысалы, TiO2). Қатты диэлектрикте болатын электрохимиялық процестердің арқасында оның оқшаулау кедергісі ұзақ уақыт бойы айтарлықтай төмендейді, бұл диэлектрик арқылы ағып кету тогының жоғарылауына әкеледі, яғни.бұл бұзылу механизмі электр өткізгіштік құбылысымен, сондай - ақ гетерогенді қатты диэлектриктердегі газ қосындыларының иондалуымен байланысты. Мұндай бұзылу диэлектриктің кейбір қызуына әкеледі. [4] Электрлік бұзылу мәселесіне арналған әдебиеттерде көбінесе электрондардың соққы иондану теориялары қарастырылады , ең теориялық тұрғыдан негізделген және эксперименттік мәліметтерге сәйкес келеді. Электр тогының бұзылу механизмі осы топтың теорияларына сәйкес өткізгіштік электрондар санының көшкін тәрізді өсуіне әкелетін процестерге негізделген. Хиппель - Каллен теориясына сәйкес (баяу электрондардың соққы иондану теориясы) иондану үшін қажетті энергия электрондар бірнеше соқтығысудан кейін жиналады. Ол үшін кристалдық тормен әрекеттесу нәтижесінде Электрон жоғалтқан энергия оның электр өрісінде алатын энергиясынан аз болуы керек . Хиппель - Каллен теориясындағы бұзылу шарттары келесідей: 𝑊𝑊 𝑒𝑒 = 4ℎ𝑣𝑣 , 𝑊𝑊 𝑒𝑒 = 𝑊𝑊 𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛 , (2.1) Фрелих теориясында (жылдам электрондардың соққы иондануы) қатты диэлектриктің бұзылуында энергиясы иондану энергиясына жақын электрондар шешуші рөл атқарады . Фрелих сыртқы электр өрісінің кернеулігінің жоғарылауымен тепе - теңдік байқалатын электрондардың энергиясы төмендейтінін дәлелдеді . Бұл жағдайда энергиясының мәні шектерде болатын электрондар жеделдетіледі . Бұл электрондар жылдам электрондардан басқа, соққы иондануын тудырады. Фрелих теориясындағы қатты диэлектриктің бұзылу шарттары келесідей: 𝑊𝑊 𝑒𝑒 > 4ℎ𝑣𝑣 , 𝑊𝑊 𝑒𝑒 = 𝑊𝑊 𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛 , (2.2) Г. А.Воробьев, с. Г. Эханин және Н. С. Несмелов сілтілі - галлоидты кристалдарда (NaCl және KCl) электр сынуы электрондардың соққы иондануына байланысты екендігі дәлелденді. Дегенмен, авторлар бұзылу механизміне кристалдық құрылымның ақаулары мен гетерогенділігі айтарлықтай әсер ететінін атап өтеді. Соққы иондануымен бірге жүретін 8 электронды токтар диэлектрик қабатының жергілікті бөліктерінде жүреді, онда электр өрісінің әсерінен сызықтық және нүктелік ақаулар пайда болды. Н. П. Богородицкий гетерогенді диэлектриктердің электрлік бұзылуын жеке түр ретінде ажыратады және олар үшін ену кернеулері әдетте төмен екенін атап өтеді . Гетерогенді диэлектриктің ену кернеуі оның қалыңдығына және электродтардың ауданына байланысты. Диэлектриктің қалыңдығы мен электродтардың ауданы неғұрлым үлкен болса, соғұрлым электр өрісінің шегіне газбен толтырылған тесіктер мен микрожарықтар түседі, бұл материалдың электрлік беріктігінің айтарлықтай төмендеуіне әкеледі. [5] Электрохимиялық бұзылу қоршаған орта мен электр өрісінің әсерінен диэлектриктің электрлік қартаюы нәтижесінде пайда болады. Сыртқы факторлардың әсері диэлектриктегі қайтымсыз химиялық процестердің пайда болуына әкеледі, нәтижесінде материалдың физика - химиялық сипаттамалары нашарлайды және оның электрлік беріктігі төмендейді. Қатты диэлектриктердің табиғи және электрлік ескіруі арасында айырмашылық бар. Табиғи қартаю диэлектрлік материалды пайдалану кезінде ғана емес, оны сақтау кезінде де болады және ауа, күн сәулесі және басқа да қоршаған орта факторларының әсерінен пайда болады. Электрлік қартаю негізінен ауамен немесе ылғалмен толтырылған кеуектерде қолданылатын кернеудің әсерінен жүреді.Электрлік қартаю жылдамдығы және химиялық процестердің механизмдері сыртқы жағдайларға және диэлектрлік материалға байланысты. Күшті электр өрісінде энергетикалық жабдықтың электр оқшаулау жүйесінің қағаз құрамдас бөлігі кіретін органикалық оқшаулаудың қартаюының негізгі себебі газ саңылауларында пайда болатын жартылай разрядтар екендігі эксперименталды түрде дәлелденген. [6] жүктеу/скачать 369,4 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|