По стабильности параметров.

1.1 Активные (параметры, которых можно регулировать, изменяя напряжённость электрического поля, температуру, механическое напряжение и др.).

Применение: для генерации и преобразования электрических сигналов.

1.2 Пассивные (параметры, которых не изменяются при воздействие различных факторов) – электроизоляционные.

Применение: для создания электрической изоляции токоведущих частей

По агрегатному состоянию.

Газообразные.

а) Воздух (Е_{пр.возд.}=3МВ/м, самый дешёвый).

Применение: в высоковольтных выключателях с давлением 2-12 МПа, ЛЭП.

б) Азот N₂ (Е_пр.N2≈Е_{пр.возд.}, не окисляет другие материалы)

Применение: в газовых конденсаторах, в силовых трансформаторах газовая подушка.

в) Водород Н₂ (Е_пр.Н2=0,59·Е_{пр.возд.}, высокая теплопроводность, взрывоопасен).

Применение: электроизоляционная и охлаждающая среда в мощных электрических машинах (турбогенераторы).

г) Гексафторид серы (элегаз) SF₆ (Е_пр.SF2=2,5·Е_{пр.возд.}, не разлагается при нагревании до 800⁰С, химически стоек, не токсичен, высокая стоимость).

Применение: в высоковольтных выключателях, герметично закрытых распределительных устройствах, пожаробезопасных силовых трансформаторах.

д) Инертные газа: гелий He, неон Ne, аргон Ar, криптон Kr, ксенон Xe, радон Rn.

Применение: добавляются к высокопрочным газам для повышения их дугогасительной способности.

2.2 Жидкие (повышают электрическую прочность, теплоотвод и дугогасящие св.).

2.2.1 Нефтяные масла (горят при 170⁰С, гигроскопичны, стареют).

а) Трансформаторное масло (малая вязкость).

Применение: для заливки реостатов, реакторов, маслонаполненных вводов, масляных выключателей, трансформаторов, и др.

б) Конденсаторное масло (меньшие электрические потери).

Применение: для пропитки бумажных и плёночных конденсаторов.

в) Кабельное масло (повышенная вязкость, пониженные электрические свойства).

Применение: в пропитки изоляции силовых кабелей.

2.2.2 Синтетические (наиболее химически и нагревостойкие).

а) Хлорированные углероды (трихлордефинил C₁₂H₁₀ Cl ₃, совол C₁₂H₅ Cl ₅, гексол 20% C₁₂H₉ Cl ₉, 80% C₄ Cl ₆ – токсичны, негорючие, не гигроскопичны)

Применение: для пропитки конденсаторов, заливки трансформаторов.

б) Кремнийорганические соединения (полиметилсилоксановые (С₂Н₆OSi)_n ПМСЖ, полиэтилсилоксановые ПЭСЖ, полиметилфенилсилоксановые ПМФСЖ жидкости – нетоксичны, большая стоимость).

Применение: в специальных конденсаторах, импульсных трансформаторах, блоках электронной аппаратуре.

в) Фторорганические соединения (фторметан CFH₃, фторхлорметан CFClH₂ трифторбромметан CF₃Br (фреоны, хладоны) – негорючие, при повышенных температурах разлагаются с выделением токсичных продуктов).

Применение: для пропитки и заливки конденсаторов и небольших трансформаторов, охладители в блоках электронного оборудования.

2.3 Твёрдые (самая большая группа).

Органические соединения, волокнистые материалы (бумага, ткани), минеральные материалы (слюда), стекло, керамика.

Применение: различные электроизоляционные детали и конструкции.

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ И ПРОБОЙ ГАЗООБРАЗНЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ

 

Электропроводность газообразных диэлектриков.

Во всех газах всегда имеется некоторое количество электрических заряженных частиц (электронов и ионов, а так же частицы твёрдых и жидких веществ, примеси), которые находятся в беспорядочном тепловом движении.

Образование электрически заряженных частиц вызывается его ионизацией внешними источниками энергии: термическое воздействие, космическими и солнечными лучами, радиоактивными излучениями Земли и др. Внешние источники энергии сообщают часть энергии атомам газа, при этом валентные электроны приобретают дополнительную энергию и отделяют от своих атомов, образуя положительные ионы. Образовавшиеся электроны могут длительно сохранять самостоятельное движение в газе или присоединяться к электрически нейтральным атомам и молекулам, образуя отрицательные ионы. Некоторые электроны и положительны ионы взаимодействуют друг с другом, образуя электрически нейтральные атомы и молекулы – рекомбинация.

Под действием электрического поля электроны и ионы перемещаются, создавая электрический ток. При повышении напряжения, приложенного к газу, увеличиваются электрические силы, действующие на электроны и ионы, при этом увеличивается скорость частиц, следовательно, ток газа возрастает.

Вольтамперная характеристика – это изменение тока от напряжения, приложенного к газу, выраженная графически в виде кривой.

1.

Uпр

3

2

1

U

I

Область слабых электрических полей, ток в газе возрастает пропорционально приложенному напряжению согласно закону Ома.

2. Ток не зависит от напряжения. Происходит накопление энергии заряженными частицами газа.

3. Область ударной ионизации, ток в газе интенсивно возрастает при малейшем повышении напряжения.

-

-

-

+

Ударная ионизация – при высоких значениях напряжения скорость заряженных частиц резко возрастает, вследствие чего происходят частые соударения с нейтральными частицами. При этих упругих соударениях электроны и ионы передают часть накопленной ими энергии нейтральным частицам, в результате электроны отделяются от своих атомов и образуют новее электрически заряженные частицы (электрон и ион).

Газообразные диэлектрики могут использоваться при напряжениях, меньших, чем напряжения, при которых возникает процесс ударной ионизации.

Пробой газообразных диэлектриков.

Р, d

Uпр

Развитие процесса ударной ионизации приводит к пробою газа, в этот момент ток в газе резко возрастает, а напряжение стремится к нулю.

где А – постоянный коэффициент;

P – давление газа, Па;

d – толщина газа в месте пробоя, м.

С уменьшением давления и толщины газа пробивное напряжение уменьшается, но пройдя минимум, начинает снова возрастать. Область разряженного газа – резко уменьшается количество атомов и молекул, являющихся объектом ионизации, число носителей заряда. Область малых расстояний между электродами – сокращение длины пути и частицы не могут накапливать энергию для процесса ударной ионизации.

1. Пробой в однородном электрическом поле происходит сразу в виде искры, которая может переходить в электрическую дугу.

2. Пробой в неоднородном электрическом поле проходит ряд стадий:

2.1 Неполное электрическое разрушение газа у электрода-острия, т.к. у его поверхности наибольшая напряжённость электрического поля.

2.2 Коронирующий разряд у поверхности электрода с наименьшим радиусом (видимая электрическая корона светло-фиолетового свечения, сопровождаемая шипением и образование озона О₃ и оксида азота NO, которые являются окислителями).

2.3 Коронирующий разряд переходит в искровой, т.е. полное электрическое разрушение газа.

После снятия напряжения пробитый промежуток восстанавливается.

 

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ И ПРОБОЙ ЖИДКИХ ДИЭЛЕКТРИКОВ

 

Электропроводность жидких диэлектриков.

Чистые жидкие диэлектрики обладают электропроводимостью обусловленной перемещением в них ионов, которые образуются в результате диссоциации (распада) молекул примесей (воды, кислот и др.), а частично и молекул самого диэлектрика.

Загрязнённые жидкие диэлектрики, находящиеся в эксплуатации, кроме ионной электропроводимости обладают ещё и моллионной. Она обусловлена перемещением электрически заряженных коллоидных (диаметр частицы 10^-6 м) частиц воды, смолистых веществ и примесей, образующихся в результате старения диэлектрика.

Все масла в процессе их эксплуатации находятся под воздействием повышенных температур, электрического поля, а также соприкасаются с металлическими частями электрооборудования, а в некотором электрооборудовании соприкасаются с атмосферным воздухом. Это вызывает старение масла, в основе которого лежит окисление. При старении в масле образуются твёрдые смолообразные примеси, нерастворимые и растворимые в горячем масле, которые выпадаю в виде осадка на обмотках и других частях, которые затрудняют теплоотвод. В процессе старения в масле образуются кислоты и влага.

Что бы замедлить старение масел, в них водят вещества, задерживающие окисление (ионол 0,1-0,5%, замедляет старение в 2-3 раза) – ингибиторы. Однако присадка ингибиторов не может полностью предохранить масло от старения.

Электроизоляционные масла, следует хранить и перевозить в сухой герметичной таре, перекачивать по чистым металлическим трубопроводам (резиновые шланги растворяясь, загрязняют масло). В процессе эксплуатации масло необходимо защищать от проникновения в него воздуха и влаги.

С повышение температуры увеличивается количество и подвижность носителей заряда (уменьшается вязкость масла) и электропроводность увеличивается.

Пробой жидких диэлектриков.

Газовые включения и коллоидные частички воды, имеющие сферическую форму, под действием электрического поля деформируются, превращаются в эллипсоидные вращения, удлиняются и сливаются, образуя сплошной канал между электродами (“мостики”) по которому проходит электрический заряд, т.е. происходит пробой. Коллоидные частички воды кроме того поляризуются и притягиваются друг другу.

С увеличением давления электрическая прочность газа и электрическая прочность повышается. С увеличением содержания воды электрическая прочность сильно снижается.

Под действием электрических сил коллоидные смолистых веществ поляризуются, втягиваются в межэлектродное пространство, и образуют между электродами сплошные цепочки с пониженным сопротивлением.

При температурах близких к 0⁰С, вода и смолистые вещества находятся в свободном состоянии, и масло обладает минимальной электрической прочностью. С повышением температуры часть коллоидных частиц воды или смолистых веществ растворяется, и образование токопроводящего канала затрудняется, электрическая прочность повышается. С понижением температуры до -40⁰С вода замерзает и электрическая прочность увеличивается. При температуре больше 70⁰С начинается процесс кипения и увеличивается количество газов, что снижает электрическую прочность.

В однородном электрическом поле электрическая прочность больше, чем в неоднородном поле. В неоднородном поле может происходит неполный пробой (корона), под действием которой протекают процессы разложения и образования продуктов которые резко снижают электрическую прочность.

После снятия напряжения пробитый промежуток восстанавливается.

Для повышения электрических характеристик жидкие диэлектрики тщательно очищают от различных загрязнений и влаги, а также дегазируют.

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ И ПРОБОЙ ТВЁРДЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ

 

Электропроводность твёрдых диэлектриков.

1. Объёмная проводимость.

Ток объёмной проводимости представляет собой направленное перемещение:

- сводных ионов, которые образуются в результате диссоциации (распада) молекул примесей, имеющихся в небольшом количестве: органические кислоты, щелочные оксиды (Na₂O, K₂O), влага и другие;

- ионов самого диэлектрика при повышенных температурах, поэтому удельное объёмное сопротивление ρ₀ при некоторой температуре резко падает.

- электронов и ионов диэлектрика при приложении больших напряжений, при этом удельное объёмное сопротивление ρ₀ падает.