SI egységek | V / m |
---|---|
Egyéb egységek | kV / mm, MV / m |
SI alap | V / m |
Természet | intenzív |
Szokásos szimbólum | E c |
Link más méretekhez |
A szigetelő közeg dielektromos szilárdsága az elektromos mező legnagyobb értékét képviseli, amelyet a közeg képes elviselni az elektromos ív (tehát rövidzárlat) beindítása előtt . Ezt nevezik szigetelés bontás . Ez a szigetelők egyik fő jellemzője.
A zavaró mező kifejezést is használják, amely szinonimája, de gyakrabban használják az installáció erősségének minősítésére, míg a dielektromos szilárdság kifejezést inkább az anyag minősítésére használják.
A gyakorlatban a dielektromos szilárdságot a megszakítás nélküli maximális feszültség és az elektródákat elválasztó távolság aránya határozza meg . Így írhatunk:
val vel:
U: megadott megszakítási feszültség (kV)
d: elektródák közötti távolság (mm)
E c (V / m): dielektromos szilárdság (ezt V / m-ben vagy gyakrabban kV / mm-ben vagy MV / m-ben fejezik ki).
Ha a két elektróda között alkalmazott feszültség nagyobb, mint a dielektromos szilárdság , akkor a szigetelő már nem válik szigetelővé, és a két elektróda között áram alakul ki elektromos ív formájában , ezt bontásnak nevezzük . Ha egy anyagban vagy egy létesítményben meghibásodás következik be , annak fizikai tulajdonságai visszafordítható vagy visszafordíthatatlan módon megváltoztathatók. Például egy kondenzátor esetében, ha ezt az értéket túllépik, az elem megsemmisül. A terminálokra alkalmazott elektromos feszültség maximális értékét kondenzátor megszakítási feszültségnek nevezzük .
Abban az esetben, a nagyfeszültségű megszakító , ez a legnagyobb értéke a téren, hogy lehet ellenállt után az ív kialudt (megszakítást az aktuális). Ha a dielektromos szilárdság kisebb, mint a feszültség helyreállítása által előidézett tér, akkor az ív újbóli meggyulladása következik be, ezért az áram megszakítására tett kísérlet sikertelen.
Egy adott anyag esetében a dielektromos szilárdság több tényezőtől vagy paramétertől függ. A dielektromos szilárdságot befolyásoló tényezők két csoportra oszthatók: a mérési technikával vagy módszerrel kapcsolatos tényezők , valamint az anyag gyártásával kapcsolatos tényezők .
A folyékony és szilárd szigetelők dielektromos szilárdságát úgy mérjük, hogy növekvő feszültséget alkalmazunk a szigetelőre, amíg az anyag meg nem bomlik. A meghibásodás vizuálisan vagy fizikai méréssel detektálható: vagy az anyagon átmenő feszültségesés, vagy az átfolyó áram növekedésének megfigyelésével. A vizsgálatok elvégezhetők váltakozó feszültségben, egyenfeszültségben vagy impulzusfeszültségben, attól az ipari alkalmazástól függően, amelyre a szigetelőket szánják.
A tesztelés szempontjából a dielektromos szigetelés típusait két kategóriába sorolják: önregeneráló és nem regeneráló. Az előbbiek a teszt során bekövetkező zavaró kisülés után teljesen visszanyerik szigetelő tulajdonságukat, a többiek nem.
A dielektromos szilárdság értékét befolyásoló különféle paraméterek és tényezők miatt a bomlás gyakran az elektromos tér értékeinél jóval alacsonyabb értéken történik, mint az elmélet által megjósolt dielektromos szilárdság (Ezt belső dielektromos szilárdságnak nevezzük ). Ezért ipari alkalmazásoknál dielektromos szilárdságot mérnek (amelyet gyakorlatinak neveznek ), amelynek értéke jóval alacsonyabb, mint az elméleti érték ( belső merevség ).
Ennek a dielektromos szilárdsági értéknek a meghatározására szolgáló mérési technikákat olyan szabványok írják le, mint az IEC 60243 szilárd anyagokra és az IEC 60156 a folyékony szigetelőkre.
Egy szilárd anyag dielektromos szilárdságának mérésére a szigetelő mintáit lemezek formájában (3 mm-es) helyezzük két elektróda közé. Ezután növekvő feszültséget alkalmaznak a két elektróda kapcsain. Miután megfigyelték a feszültségesést (vagy az áramnövekedést), ami a szigetelés meghibásodásának megjelenését jelzi, egy második tesztet hajtanak végre.
Ha a második megszakítási feszültség lényegesen alacsonyabb, mint az első, akkor az objektum perforáltnak tekinthető, és a mért érték reprezentálja az anyag dielektromos szilárdságát . Ellenkező esetben a minta megkerülése történt, és a lebontás a levegőben történt, és ez a bontásmérés nem felel meg az anyag dielektromos szilárdságának . Ennek kijavítására két megoldás lehetséges: növelje a minta átmérőjét, vagy végezze el a mérést a levegőnél jobban szigetelő közegben (olyan gázban, mint SF6 vagy szigetelő olajfürdő).
A mérés helyes elvégzése után ismételje meg a műveletet ötször azonos mintákkal. A kapott 5 érték átlaga az anyag dielektromos szilárdságát képviseli .
A szilárd szigetelőktől eltérően a folyékony szigetelők önregeneráló szigetelések , vagyis a lebontás nem roncsolja teljesen az anyagot, ezért több vizsgálatot is lehet végezni ugyanazon a mintán. A dielektromos szilárdság méréséhez elegendő a két elektródát a folyadékszigetelőbe meríteni. Ezután a szilárd szigetelőkhöz hasonlóan a feszültséget addig emelik, amíg a meghibásodás meg nem jelenik. A vizsgálat során azonban óvintézkedéseket kell tenni, például meg kell akadályozni, hogy a szigetelést szennyezzék a levegő nedvessége vagy más részecskék, amelyek befolyásolhatják a mérést.
Miután az első mérést helyesen hajtották végre, ugyanazon a mintán további méréseket kell végezni. Vigyázni kell azonban arra, hogy két mérés között a szigetelő folyadékot keverjük, hogy eloszlassuk az előző bomlás maradványait, miközben elkerüljük a buborékok képződését a folyadék belsejében. Szükséges továbbá néhány perc várakozás két teszt között, amíg a folyadék pihen (kb. 5 perc).
Folyékony szigetelők esetében a dielektromos szilárdság a fent leírt protokoll szerint kapott 6 megszakítási feszültségérték átlaga.
Gáznemű szigetelő esetén a dielektromos szilárdság a gáz nyomásától függ, nemlineáris összefüggés szerint. A Paschen törvény leírta ezt a kapcsolatot. Valóban, állandó nyomású és elektródák közötti távolság szorzata esetén a dielektromos szilárdság állandó. Ezért a szabványok nem javasolják a feszültségvizsgálatokat.
Összehasonlításképpen a levegő erős szigetelő. De alatt nagy feszültségek, a elektronok alkotó atomok a levegő molekulák szó szakadt el a vegyérték pályára, hogy részt vegyenek az elektromos vezetés: villám, majd áthalad a légkörbe. A levegőt zavaró mező leggyakrabban elfogadott értéke:
Nagyon egyszerűen értelmezhetjük ezt a képletet azzal, hogy száraz levegőn 36 000 volt potenciálkülönbség szükséges két sík elektród 1 cm távolságra történő szikrázásához, vagy 3600 volt potenciálkülönbség szikrázáshoz két elektróda között 1 milliméteres távolságra. Ez az értelmezés ismertebb nevén a „ 30 000 V / cm szabály ”.
A környezeti páratartalom nyilvánvalóan fontos tényező, a víz sokkal jobb vezető, mint a levegőben lévő gázok. Páratartalommal telített levegő esetén a zavaró tér 10 000 V / cm-re csökkenhet . Ezek az értékek lehetővé teszik a villámjelenségben szerepet játszó feszültségek nagyságrendjének megbecsülését .
A levegőtől eltérő gázokat használják a nagyfeszültségű kapcsolóberendezésekben annak tömegének csökkentése érdekében. A kén-hexafluoridot széles körben használják nagyfeszültségben, mert megzavaró tere legalább kétszerese a levegőének.
A dielektromos szilárdság felidézi azt a dielektromos anyagot is, amely szigetelő vagy olyan anyag, amely nem vezet villamos energiát, és amelyet elektromos mező polarizálhat . A legtöbb esetben a dielektrikum tulajdonságai az anyag polarizációjának köszönhetők.
Beszélhetünk zavaró térről az elektromos kábelek esetében is, ahol a magot (más néven magnak) egy szigetelő választja el a földhüvelytől. Ismételten a túlságosan magas sugárirányú elektromos tér a szigetelő meghibásodásához vezet, és visszafordíthatatlanul károsítja a kábelt.
Anyag | Dielektromos szilárdság (kV / mm) |
---|---|
Levegő | 3 |
Kvarc | 8. |
Stroncium-titanát | 8. |
Neoprén | 12. |
Nejlon | 14 |
Pyrex | 14 |
szilikon olajat | 15 |
Papír | 16. |
Bakelit | 24. |
Polisztirol | 24. |
Nagy vákuum | 20–40 (az elektródáktól függ) |
Teflon | 60 |
Csillámpala | 150 |
Tökéletes vákuum | 10 12 |