Proboj Cvrstih Dielektrika_2015-1

PROBOJ ČVRSTIH DIELEKTRIKA

Proboj dielektrika

• Definicije:

Proboj (Breakdown) – kvar izolacije koji dovodi do formiranja visoko-vodljivog kanala koji premoštava elektrode (trenutačni događaj). Tipično se odnosi na nesamoobnovljivu izolaciju.

IEC 60060-1: Disruptive discharge that occurs over the surface of a dielectric in a gaseous or liqui dielectric.

Preskok (Flashover) – proboj u gasu ili duž površine čvrste izolacije, kod kojeg vodljivi kanal “preskače” s jedne na drugu elektrodu, ne prolazeći kroz čvrstu izolaciju. Tipično se odosi na samoobnovljivu izolaciju.

IEC 60060-1: Sparkover – disruptive discharge that occurs in a gaseous or liquid dielectric.

• Proboj se smatra kompletinim kada izolacijska svojstva potpuno isčeznu, pri čemu: kroz izolaciju teče struja velikog intenziteta; napon na izolaciji se urušava; Tokom pražnjenja kroz ili preko izolacije se formira vrući jonizirani kanal.

Proboj dielektrika

Parcijalno pražnjenje (Partial Discharge) – lokalizirani nekompletni proboj (vodljivi kanal ne doseže do suprotne elektrode).

IEC 60270: Localized electrical discharge that only partially bridges the insulation between conductors and which can or can not occur adjacent to a conductor.

Korona (Corona) – parcijalno pražnjenje u gasu u okolini površine elektrode.

IEC 60270: Corona is a form of partial discharge that occurs in gaseous media around conductors which are remote from solid or liquid insulation. ”Corona” should not be used as a general term for all forms of PD.

Lučno pražnjenje (Arcing) – dugotrajni preskok (kontinuirano pražnjenje).Tipično se koristi kod ukjučenje i isključenja.

Iskrenje (Sparking) – preskok. (Tipično se koristi u američkim tekstovima.) Može se odnositi na elektrostatičko pražnjenje.

Pražnjenje (Discharge) – bilo koja forma električnog proboja (uključujući parcijalno pražnjenje).

Proboj dielektrika

Samoobnovljiva izolacija – predstavlja izolaciju kod koje nakon što se pražnjenje ugasi, izolacijska svojstva se obnavljaju. Uglavnom se odnosi na gasovite dielektrike.

• IEC 60600-2: insulation which completely recovers its insulating properties after a disruptive disharge caused by the application of a test voltage.

Nesamoobnovljiva izolacija – predstavlja izolaciju kod koje pražnjenje ostavlja permanenentni kanal; izolacijska svojstva ozbiljno narušena. Uglavnom se odnosi na čvrste dielektrike.

• IEC60600-2: Insulation which loses its insulating properties, or does not recover them completely, after a disruptive discharge caused by the application of a test voltage.

Izolacija kod koje pražnjenje ostavlja nus-produkte koji kvare izolacijska svojstva, se uglavnom odnosi na tečne dielektrike.

Proboj dielektrika

• U predhodnim poglavljima razmatrali smo različite fenomene što se odvijaju u dielektriku pod djejstvom električnog polja: električna vodljivost, polarizacija i dielektrični gubici.

• Porast priključenog napona dovodi do povećanja: struje vodljivosti, kapacitivne struje (kod izmjeničnog napona), naboja akumuliranog na dodirnoj površini između dva dielektrika različitih svojstava i gubitaka energije u dielektriku. Pretpostavljamo, da se ne događaju oštre i ireverzibilne(nepovratne) promjene kad se povećava primijenjeni napon, tako da dielektrik zadržava svojstva izolacijskog električnog materijala - električne izolacije.

• Električna izolacija ne može, bez štetnih posljedica, podnijeti neograničeni porast priključenog napona. Ako se, napon progresivno povisuje, rezultat će biti proboj izolacije. U takvoj situaciji doći će do naglog porasta struje koja teče kroz izolaciju. Na sljedećoj slici je prikazana njena ovisnost o priključenom naponu, (volt-amperska karakteristika izolacije).

• Tačka B na grafiku odgovara momentu u kojem dolazi do proboja izolacije.

dU

dI

Proboj dielektrika

I

U

Upr

B

Tačka B na grafiku odgovara momentu u kojem dolazi do proboja izolacije. Nastupajuće sniženje napona objašnjava se smanjenjem otpora izolacije, odnosno povećanjem njezine vodljivosti, što nastaje kao rezultat formiranja probojnog kanala u izolaciji – kratki spoj između elektroda. Napon priključen na izolaciju u momentu što odgovara tački B sa slici naziva se probojni napon izolacije.

Struja kroz izolaciju u funkciji priključenog napona

Proboj dielektrika

• Fenomeni koji slijede nakon nastanka proboja, kao i oni što su mu prethodili, određeni su kako prirodom izolacijskog materijal tako i snagom izvora električne energije. Proboj izaziva iskru ili električni luk koji može izazvati topljenje, gorenje i pucanje dielektrika i elektroda. Nakon prestanka djelovanja napona u čvrstom dielektriku mogu ostati tragovi proboja u formi raspuklina ili progoretina različitog oblika. Ako se na takvu čvrstu izolaciju ponovo priključi napon, proboj će se u većini slučajeva javiti na već prisutnom kanalu i to čak kod znatno nižeg napona.

• Prema tome, proboj čvrste izolacije u električnoj mašini, aparatu, kablu i sl. predstavlja kvar što uređaj stavlja van pogona i zahtijeva ozbiljan opravak dijela uređaja ili zamjenu kompletnog uređaja.

• Ako se proboj dogodi u tečnom ili gasovitom dielektriku, onda pokretljivost čestica tečnosti ili gasa, nakon što prestane djelovati priključeni napon, omogućuje da probijeni dio dielektrika ponovo dostigne svoj početni probojni napon (naravno pod uvjetom da snaga i trajanje električnog luka nisu bili toliki da dovedu do bitnih promjena unutar cijelog volumena što ga zaprema dati dielektrik).

•

Proboj dielektrika

• Iskustvo pokazuje da probojni napon izolacije ovisi o njezinoj debljini (razmak između elektroda). S druge strane, pokazuje se da slojevi iste debljine „s” izrađeni od različitih izolacionih materijala imaju različite vrijednosti probojnog napona. To nam daje za osnovu da uvedemo još jedan parametar električnog izolacionog materijala koji određuju njegovu sposobnost da se suprostavi proboju - dielektrična čvrstoća, Epr.

• Za homogeno električno polje može se uzeti da je:

• Dielektrična čvrstoća dielektrika može se promatrati kao probojna jakost električnog polja, odnosno jakost električnog polja iznad koje se (u datoj tački) javlja proboj. Uobičajno je, međutim, pod električnom čvrstoćom podrazumijevati prosječnu probojnu jakost polja, tj. omjer između probojnog napona i debljine sloja električnog izolacionog materijala (za električno polje koje je približno homogeno).

Proboj dielektrika

• Dielektrična čvrstoća datog materijala ovisi o razmaku između elektroda, (probojni napon ne raste linearno s porastom debljine), ali i od drugih različitih faktora: temperatura, vlažnost, frekvencija, vrijeme trajanja djelovanja priključenog napona itd. Znači, da dielektrična čvrstoća određenog izolacionog materijala se mijenja u širokim granicama.

• U donjoj tabeli su date okvirne vrijednosti dielektrične čvrstoće za za neke dielektrike kod izmjeničnog napona 50 Hz. Dati podaci potvrđuju činjenicu da je dielektrična čvrstoća visokokvalitetnih čvrstih dielektrika, po pravilu, veća od one što je imaju tečni, a posebno gasoviti dielektrici.

Proboj dielektrika

• Prema tome, ako se između elektroda ima relativno debeo sloj, čvrste izolacije, a razmak između elektroda, mjeren preko površine izolacije, znatno velik, to povišenje napona priključenog na izolaciju može da ne izazove proboj kroz čvrstu izolaciju (strelica a) nego površinsko pražnjenje ili preskok izolacije (strelica b) tj. proboj u tekućini ili gasu (npr. zraku) što se nalazi uz čvrstu izolaciju.

• Na osnovu prethodnih razmatranja možemo reći: da porozni dielektrik u kojem su šupljine ispunjene gasom, trebao imati mnogo manju dielektričnu čvrstoću nego dielektrik s gustom i čvrstom strukturom. Kad se porozni dielektrik impregnira s visoko-kvalitetnim tečnim ili skrućivajućim izolacionim materijalom, njihova se dielektrična čvrstoća znatno poveća. Tako je npr. dielektrična čvrstoća neimpregniranog kabelskog papira Epr = 30-50 kV/cm, tj. istog reda veličine kao što je ima zrak, dok je za kabelski papir impregniran s ulje-kolofonijskom smjesom što se koristi za izradu izolacije energetskih kabela Epr =40-80 MV/m.

Znači za pouzdan rad svake električne mašine, aparata ili drugog uređaja potrebno da radni napon njegove izolacije, Uop, bude niži od njegovog probojnog napona.

Omjer Upr/Uop naziva se faktor sigurnosti dielektrične čvrstoće izolacije.

Proboj čvrstih dielektrika

• Čvrsti dielektrici se najčešće primjenjuju u tehničkim konstrukcijama gdje treba osigurati trajan i neometan rad pod različitim uslovima kako u pogledu primijenjenih napona tako i u pogledu uticaja okoline.

• Osim što se koriste kao električna izolacija, čvrsti dielektrici se koriste kao potpora za vodljive komponente.

• Oni se koriste na različite načine, a najčešće kao:

- Nosači ili odstojnici u gasovitoj i tečnoj izolaciji (izolatori nadzemnih vodova,

potporni izolatori u postrojenjima ili odstojnici u SF6 postrojenjima)

- Čvrsta izolacija oko provodnika (kod kablova ili suhih transformatora zalivenih u

smole ili araldit).

- Čvrsta izolacija impregnirana tečnom izolacijom (provodnici izolovani papirnom

izolacijom i sve potopljeno u ulje kao kod transformatora i kablova)

Osnovne električne karakteristike čvrstih dielektrika su:

- specifična provodnost

- dielektrična konstanta

- dielektrični gubici

- dielektrična čvrstoća


gdje se koristi - transformatori

Proboj čvrstih dielektrika gdje se koristi - geneartori


gdje se koristi – prekidači, rastavljači


gdje se koristi – nadzemni vodovi


gdje se koristi – mjerni transformatori


gdje se koristi – GIS, bušinzi


gdje se koristi – kablovi, odvodnici prenapona


Čvrsti dielektrici su ključni materijal u visokonaponskim izolacionim sistemima. U svom radu oni su podvrgnuti dejstvu:

- električnih naprezanja

- termičkih naprezanja

- mehaničkih naprezanja,

- kao i naprezanja što ih izazivaju utjecaji okoliša.

- Električna naprezanja mogu prouzrokovati pritiske na međusloju između čvrste i gasovite izolacije ili proboj kroz tijelo čvrstog dielektrika. Pod djelovanjem prenapona može doći do pojave tzv. električnog proboja, a kombinacija električnih i termičkih naprezanja može inicirati termički proboj.

- Kad je u pitanju starenje materijala izazvano električnim naprezanjima onda najvažniji udar na čvrstu izolaciju dolazi od unutrašnjih parcijalnih pražnjenja koja mogu prouzrokovati tzv. "erodirajući" proboj čvrstog dielektrika. To je i razlogom pa mjerenje intenziteta parcijalnih pražnjenja predstavlja najvažniji dijagnostički metod za ocjenu stanja starenja čvrste izolacije odnosno njene preostale životne dobi.


• Osnovni zahtjevi koji se stavljaju pred čvrste dielektrike su:

- Mehanička čvrstoća

- Dielektrička čvrstoća

- Podnošenje topline

Na nivo napona kod kojega se javlja proboj čvrse izolacije utječu sljedeći faktori:

- vrsta materijala

- trajanje primjene napona

- debljina izolacije (razmak između elektroda)

- oblik sistema elektroda

- oblik primijenjenog naponskog talasa

- temperatura

- mehaničko naprezanje


• Ranije smo kazali:

• Da proboj izaziva iskru ili električni luk koji može izazvati topljenje, gorenje i pucanje dielektrika i elektroda.

• Nakon prestanka djelovanja napona u čvrstom dielektriku mogu ostati tragovi proboja u formi raspuklina ili progoretina različitog oblika.

• Ako se na takvu čvrstu izolaciju ponovo priključi napon, proboj će se u većini slučajeva javiti na već prisutnom kanalu i to čak kod znatno nižeg napona.

Proboj čvrstih dielektrika primjeri proboja čvrste izolacije

Proboj čvrstih dielektrika posljedice proboja čvrste izolacije mogu biti teške havarije

Proboj gasovitih dielektrika Podjela dielektrika

• Jedan od aspekata elektroenergetike je prenos snage koji se odvija pri visokom

naponu, odakle proističe da je odgovarajući izbor izolacionih materijala osnovni uslov pri projektovanju elektroenergetskih sistema. Zato je inženjerima elektroeneregtike neophodno poznavanje karakteristika dielektričnih materijala.

• Dielektrični materijali se mogu klasifikovati na više načina: prema dielektričnim svojstvima, prema agregatnom stanju, prema porijeklu, prema zavisnosti vektora dielektričnog pomjeraja od vektora električnog polja, prema tipu polarizacije, prema reverzibilnosti (obnovljivosti) dielektričnih svojstava nakon proboja i prema namjeni.

• Prema dielektričnim svojstvima dielektrici se dijele na slabe, dobre i odlične.

• U Tabeli na sljedećem slajdu su date uporedne vrijednosti dielektričnih parametara za slabe, dobre i odlične dielektrike.

Proboj gasovitih dielektrika

Uporedne vrijednosti dielektričnih parametara za slabe, dobre i odlične dielektrike.


Podjela dielektrika

• Prema agregatnom stanju dielektrici se dijele na čvrste, tečne i gasovite.

• Čvrsti dielektrici mogu imati monokristalnu, polikristalnu, amorfnu, polimernu ili tečnokristalnu strukturu. Često se posebno posmatra vakuum kao dielektrik, međutim zbog mehanizama električnog pražnjenja u vakuumu, bolje je smatrati vakuum posebnim slučajem gasnog dielektrika.

• Po porijeklu, dielektrici se dijele na neorganske i organske, s tim što jedni i drugi mogu biti prirodni ili sintetički.

• Pod prirodnim dielektričnim materijalima podrazumijevamo materijale u čijoj proizvodnji i obradi nije primjenjivana hemijska sinteza i obrada, već su uzeti iz prirode u svom osnovnom stanju uz, eventualnu, mehaničku ili termičku obradu.

• Prirodni neorganski dielektrični materijali su, uglavnom, u gasovitom ili čvrstom agregatnom stanju. Tu ostaje prostora za diskusiju o vodi kao tečnom neorganskom dielektričnom materijalu, pošto je ona nezamjenljiv reverzibilni dielektrik u visokonaponskoj impulsnoj tehnici.

• U Tabeli na sljedećem slajdu dat je pregled neorganskih i organskih dielektrika.

Proboj gasovitih dielektrika Pregled neorganskih i organskih dielektrika


Podjela dielektrika Prirodni neorganski dielektrični materijali

- Prirodni neorganski dielektrični materijali su, uglavnom, u gasovitom ili čvrstom agregatnom stanju. Tu ostaje prostora za diskusiju o vodi kao tečnom neorganskom dielektričnom materijalu, pošto je ona nezamjenljiv reverzibilni dielektrik u visokonaponskoj impulsnoj tehnici.

- Tu spadaju:

- Gasoviti materijali (zrak, ugljen dioksid, azot, vodonik i plemeniti gasovi).

- Čvrsti materijali (prirodni kamen, kvarc, azbest i liskun). U današnje vreme prirodni kamen je praktično izgubio primjenu u elektrotehnici kao dielektrični materijal. Ipak, mermer i škriljac (pripadaju prirodnom kamenu) treba ovde pomenuti kao izolatore, kako zbog značaja koji su imali u prethodnom periodu, tako i zbog nekih specijalnih namena koje imaju danas.

- Tečni materijali (voda je najrasprostranjeniji materijal u prirodi. izolator koji od svih reverzibilnih izolatora ima najveću dielektričnu konstantu ε=83)


Podjela dielektrika Sintetički neorganski dielektrični materijali

• U sintetičke neorganske materijale spadaju gasna jedinjenja halogenih elemenata, staklo, keramika i različiti metalni oksidi.

• Halogeni elementi se nalaze u VII grupi Periodnog sistema elemenata. To su fluor, hlor, brom i jod. Kako u spoljašnjoj atomskoj ljusci imaju sedam elektrona, pokazuju afinitet ka zahvatu još jednog elektrona, u cilju formiranja strukture plemenitih gasova. Oni su, dakle, elektronegativni. Negativni joni halogenih elemenata su izuzetno stabilni, a ta se njihova osobina zadržava i u jedinjenjima sa drugim elementima. Od gasnih jedinjenja halogenih elemenata, u elektrotehnici primjenu imaju sumpor heksafluorid i bromovodonik.

• Staklo je jedan od najstarijih proizvoda ljudske civilizacije. Od svih staklenih proizvoda posebno treba izdvojiti staklena vlakna.

• Keramika (porcelan), pored stakla, je jedan od najstarijih sintetičkih materijala.

• Metalni oksidi: U dielektrične materijale ubrajaju se i neki monokristalni i polikristalni metalni oksidi nekeramičkog tipa. Najvažniji od njih su aluminijum oksid i tantal pentoksid.


Podjela dielektrika Prirodni organski dielektrični materijali

- U samom nastanku, organska hemija se bavila isključivo ugljenikovim jedinjenjima koja proizvode biljni i životinjski organizmi. Odatle ime organska jedinjenja. Danas se pod organskom hemijom podrazumeva opšta hemija koja proučava ugljenikova jedinjenja, od kojih neka imaju i dielektrična svojstva, odnosno primjenu.

• U prirodne izolatore tog tipa spadaju derivati nafte (mineralna ulja, vazelin, parafin i bitumen), asfalt, biljna ulja, vosak, prirodne smole, drvo i prirodna organska vlakna. Biljna ulja se rijetko koriste u većim količinama zbog visoke cijene, a u upotrebi su laneno ulje, drveno ulje, ricinusovo ulje i terpentinsko ulje. Voskovi mogu da budu biljnog, životinjskog i mineralnog porekla. U upotrebi postoje karnaba vosak, vosak za svijeće, vosak kineskih insekata, pčelinji vosak, kitov vosak, planinski vosak i ozokerit. Prirodni vlaknasti materijali se proizvode od vlakana koja mogu biti biljnog ili životinjskog porijekla. Od vlaknastih materijala primjenu u elektrotehnici su našli svila, lan, juta, konoplja, pamuk i papir.


Podjela dielektrika Sintetički organski dielektrični materijali

• U grupu vještačkih (sintetičkih) organskih dielektričnih materijala spadaju

• 1. Sintetički ugljovodonici. To su gasovita hlorna i fluorna jedinjenja ugljenika, kao i tečni hlorni difenili. Hlorni difenil je najvažniji sintetički tečni dielektrični materijal. To je vodnjikava tečnost koja se od difenila dobija na taj način što se dva do pet vodonikovih atoma po molekulu zamijene hlorom.

• 2. Sintetička polimerna jedinjenja, poznatija kao plastične mase, od posebnog su značaja za elektrotehniku. Brojčano gledano, najveći broj dielektričnih materijala su plastične mase. One mogu, u zavisnosti od molekulske građe, biti u čvrstom ili tečnom stanju.

• - Tečne plastične mase su u hemiji poznate pod imenom sintetička ulja bez halogenih elemenata ili kraće sintetička polimerna ulja. U elektrotehnici se od sintetičkih polimernih ulja upotrebljavaju polibutilen i silikonsko ulje.

• - Čvrste plastične mase se dijele na umrežene i neumrežene. Termoplastični materijali su neumreženi plastični materijali, koji pripadaju grupi čvrstih plastičnih masa.


Podjela dielektrika Sintetički organski dielektrični materijali

• 3. Duromeri ili ojačane plastike, kako se još zovu, predstavljaju umrežene polimere visokog stepena polimerizacije, koji su pri niskim temperaturama izuzetno čvrsti, a pri visokim temperaturama se uz ograničenu deformaciju, ponašaju elastično. (poliesterne smole, dialilftalatna smola, cijanatna smola, fenolna smola, melaminska smola, karbomidna smola, silikonska smola, poliuretan, epoksilne smole)

• 4. Elastomeri su umreženi, visoko polimerizovani materijali, koji su pri niskim temperaturama čvrsti, a pri visokim temperaturama elastični (guma, poliizopren, poliizobutilen, butilna guma, silikonska gume, poliuretan).


Čvrsti dielektrici

• Prirodni neorganski čvrsti dielektrični materijali koji se najčešće koriste su:

liskun(tinjac), azbest, kremen(kvarc).

• U sintetičke neorganske čvrste materijale spadaju:

staklo, keramički materijali.

• U grupu organskih čvrstih dielektričnih materijala spadaju: voskovi, bitumen i asfalt, smole, silikonske smole, kaučuk i guma, vlaknasti i tekstilni izolacioni materijali, izolacioni lakovi, kitovi.

Proboj čvrstih dielektrika Podjela čvrstih dielektrika

Neorganski (anorganski) čvrsti dielektrici Tinjac (liskun) je mineral koji se sastoji od kalijevog, magnezijevog i aluminijevog silikata. U prirodi se nalazi u obliku silikata od kojeg se lako izrađuju tanki listići. Tinjac je relativno skup materijal. Ovisno o hemijskom sastavu postoji više vrsta tinjca, ali se u elektrotehnici koriste samo dvije vrste: muskovit i flogopit. Tinjac se u prirodnom obliku koristi za izolaciju kod električnih mašina, mjernih instrumenata, elektronskih elemenata i kao dielektrik za kondenzatore (naročito promjenjive). Azbest je naziv za grupu minerala vlaknaste strukture. Nema dobra izolaciona svojstva pa se ne primjenjuje kod visokonaponskih i visokofrekventnih uređaja. Osnovna prednost azbesta je visoka temperaturna stabilnost, slabo provođenje toplote i nesagorivost (temperatura topljenja je 1150C) pa je vrlo otporan na djelovanje električnog luka. U elektrotehnici se koristi: azbestno brašno za kitove i punjenje topljivih uložaka osigurača; konac, trake i ploče za izoliranje; azbestni cement za ploče, cijevi i druge elemente, kao izolacija od vatre, vatrogasna odijela, itd. Azbestna vlakna nadražuju plućne anveole tako da je stimuliran nastanak i razvoj raka pluća.


Kremen (kvarc) je kristal silicijevog dioksida SiO2. U elektrotehnici se koristi kao dielektrik u kondenzatorima, za izradu šipki, cijevi (kvarcne svjetiljke) i ploča. Staklo je skupni naziv za anorganske prozirne amorfne strukture. Dobivaju se topljenjem kremena SiO2 sa raznim dodacima. Natrijeva i kalijeva stakla se ne upotrebljavaju kao izolatori zbog relativno visoke električne provodnosti naročito pri višim temperaturama. Ova stakla se u elektrotehnici koriste pri izradi sijalica, neonskih i elektronskih cijevi i sl. Od borosilikatnih stakala izrađuju se niskonaponski izolatori. Značajan proizvod od borosilikatnog stakla su staklena vlakna. Praktično su nezapaljiva, a koriste se za izolaciju u obliku prediva, traka i tkanine te za armiranje drugih izolacionih materijala.


Keramički materijali se dobivaju od smjese minerala ili metalnih oksida sinter-postupkom (presovanje i zagrijavanje). Vrlo su brojna grupa materijala, a sa aspekta izolacionih karakteristika se dijele na podgrupe: porculani, steatiti, rutili, keramike s malim koeficijentom linearnog širenja, porozne keramike, oksidne keramike, vatrostalne keramike. Porculani se sastoje od kaolina, kremena (kvarca) i glinenca (feldspata). Za izradu izolatora upotrebljava se tvrdi porculan s više od 50% kaolina. Posebno je otporan prema klimatskim uticajima, ne gori i lako se oblikuje Nedostaci porculana su krhkost (teško se mehanički obrađuje) i mala otpornost na udarno opterećenje. Steatiti su keramički materijali kod kojih je dominantan procenat magnezijevog silikata. Svojstva su slična kao kod tvrdog porculana uz nešto manji tg i manje skupljanje pri sinter-postupku. Od steatita se izrađuju nisko i visokonaponski izolatori, potporni izolatori, antenski izolatori, dijelovi utičnica, prekidača, sklopki, osigurača, elektrotermičkih uređaja (štednjaci, pegle, grijači i sl.), tijela niskofrekventnih zavojnica i kondenzatorskih elemenata.


Organski čvrsti dielektrični materijali Voskovi su organski materijali vrlo složenog hemijskog sastava. Imaju malu mehaničku čvrstoću, nisku tačku topljenja i malu higroskopnost. Voskovi su lako zapaljivi. U elektrotehnici se za impregniranje i kao masa za zaljevanje primjenjuju: parafin, vazelin, cerezin, halovaks, oleovaks i sintetički parafin i cerezin. Parafin se dobiva destilacijom nafte, uglja ili parafina. Bijele je boje, ima nisku tačku topljenja (od 50 do 55C), ne otapa se u vodi ili alkoholu (otapa se u benzinu, benzolu i drugim tečnim ugljovodonicima) i najjeftiniji je vosak. Parafin se najviše koristi za impregniranje papira, tkanina, drvenih dijelova, kod kondenzatora, malih transformatora i svitaka. Unatoč izvrsnim izolacionim svojstvima parafin ima ograničenu primjenu u elektrotehnici zbog niske tačke topljenja i zapaljivosti. Vazelin je polutvrda smjesa tečnih i čvrstih ugljovodonika. Dobija se destilacijom nafte.


Cerezin nastaje čišćenjem voska ozokerita. Ima bolja električna svojstva od parafina i višu tačku topljenja (70 do 80C) pa ga u mnogim primjenama, unatoč višoj cijeni, zamjenjuje. Sintetički parafin, sintetički cerezin, halovaks i oleovaks imaju svojstva slična prirodnim voskovima. Sintetički parafin i sintetički cerezin imaju višu tačku topljenja (100 do 130C) nego prirodni voskovi. Halovaks je žutozelene boje, ima relativnu dielektričnu konstantu r 5, ne gori, ne oksidira i topi se na 90 do 130C. Dielektrični gubici mu naglo rastu s porastom temperature, ima manju dielektričnu čvrstoću od prirodnih voskova i pare su mu toksične. Halovaks se najviše koristi za impregniranje papirnih kondenzatora. Oleovaks se proizvodi hidrogenizacijom ricinusovog ulja pri povišenoj temperaturi i pritisku. Ne otapa se u organskim materijama, a tačka topljenja mu je oko 85C. Bijele je do svijetložute boje. Visoka mu je relativna dielektrična konstanta r (od 15 do 35) i dielektrični gubici, koji znatno ovise o temperaturi i frekvenciji.


Bitumen i asfalt su amorfni materijali, crne boje koji su složena smjesa različitih ugljovodonika. Bitumeni se dobivaju od teških sastojaka pri destilaciji nafte, a asfalti su prirodni bitumeni fosilnog porijekla. Bitumeni se otapaju u ugljovodonicima, a netopljivi su u vodi i alkoholu. Nisu higroskopni i praktično ne propuštaju vodu. Pri niskim temperaturama su jako krhki. Temperatura omekšavanja bitumena je od 50 do 140C, a asfalta do 220C. Bitumeni se koriste kao komponente pri izradi izolacionih lakova i kao masa za zaljevanje provodnika, kondenzatora, električnih mašina i drugih uređaja.


Smole Smole su organski materijali, najčešće amorfne strukture s posebnim hemijskim i fizičkim svojstvima. Uobičajeno se sastoje od vrlo velikih molekula (makro-molekule, polimerni lanci). Najviše radne temperature smola koje se koriste u elektrotehnici su od 70 do 130C. Na sobnoj temperaturi to su čvrsti materijali. Otapaju se samo u organskim materijama. Zbog male higroskopnosti i dobrih izolacionih svojstava smole imaju široku primjenu u elektrotehnici, a upotrebljavaju se i kao komponente za izradu izolacionih lakova. Po porijeklu smole se dijele na: - prirodne i - sintetičke (umjetne). Prirodne smole su materijali biljnog ili životinjskog porijekla, a u elektrotehnici se upotrebljavaju: - šelak, - kolofonij, - kopali i - jantar.


Sintetičke smole nastaju hemijskim reakcijama u kojima se jednostavnije molekule monomera spajaju u složene makromolekule polimera. Prema načinu nastajanja i vrsti polaznih materijala sintetičke se smole dijele na: - polimerizacijske i - polikondenzacijske. Polimerizacija je takva hemijska reakcija u kojoj se od mnoštva jednostavnijih, istovrsnih molekula, u prisutnosti katalizatora, pri određenoj temperaturi i pritisku dobiva polimer. Polikondenzacija je postupak dobivanja polimera iz različitih monomernih molekula. Polimeri dobiveni polikondenzacijom imaju slabija izolaciona svojstva i veću

higroskopnost od polimera dobivenih polimerizacijom.


Prirodne smole Šelak među prirodnim smolama ima najveću primjenu u elektrotehnici. Pojavljuje se na kori određenih vrsta tropskih biljaka. Poslije čišćenja je lomljiv i ima žutocrvenu boju. Šelak se dobro otapa u alkoholu, djelimično u acetonu. Pri 50 do 60C omekšava; topi se na oko 300C. Porastom temperature dielektrični gubici mu naglo rastu. Najčešće se koristi kao sredstvo za impregnaciju. Kolofonij se dobija destilacijom tečnih dijelova smole crnogoričnog drveća. Najjeftinija je prirodna smola, žute je boje, otapa se u alkoholu, benzinu, benzolu, mineralnim i biljnim uljima. Omekšava na temperaturama od 50 do 70C. Dielektrični gubici mu znatno rastu pri porastu temperature. Kolofonij se koristi kao komponenta za izradu lakova i masa za zalivanje. Upotrebljava se za impregniranje papira u energetskim kablovima. Kopali se dobijaju iz tečnih dijelova smole nekih biljaka. Imaju veću mehaničku čvrstoću i višu temperaturu omekšavanja od kolofonija. Koriste se za izradu izolacionih lakova. Jantar je fosilna smola svijetložute boje. Otapa se u benzinu i mineralnim uljima. Visoke je cijene. Koristi se u mjernim uređajima kod kojih je potrebna velika električna otpornost izolacije (=1017 m).


Silikonske smole Razvijene su s namjerom da se dobra električna svojstva organskih polimera zadrže i na povišenim temperaturama. Silikonske smole se dobivaju složenim hemijskim postupcima. Silikonske smole mogu biti termoplastične ili termostabilne. Prve se dobro otapaju u različitim organskim materijama. Visoke su termičke postojanosti do 220C, otporne su na niske temperature do -100 C; imaju malu higroskopnost i elastičnost. Mogu se proizvesti u obliku ulja, pasta, lakova, itd. Od njih se izrađuju svi izolacioni materijali kao i od organskih polimernih smola. Mehanička i električna svojstva silikonske gume praktično se ne mijenjaju s temperaturom od –60 do +250C. Na silikonsku gumu ne djeluju voda, ozon, svjetlo, oksidacija, itd. Male je mehaničke čvrstoće i slabe otpornosti prema trošenju. Koristi se za izradu složenih izolacionih materijala, za izolaciju provodnika i kablova. Vrlo je otporna prema stvaranju korone pa se koristi i kao visokonaponski izolator. Nedostatak

joj je visoka cijena.


Kaučuk i guma

Prirodni kaučuk je ugljovodonik C4H7 koji se dobiva preradom mliječnog soka

(lateks) nekih vrsta tropskih biljaka (kaučukovac). Čisti kaučuk se ne primjenjuje u

elektrotehnici jer je na temperaturama nižim od 10C krhak i lomljiv, a iznad 50C je

premekan i ljepljiv. Od njega se proizvode kvalitetni izolacioni lakovi. Termičkom

obradom i dodavanjem sumpora (vulkanizacija) od kaučuka se dobivaju gume.

Mehka guma (sadrži 1 do 3 % sumpora) je vrlo rastegljiva i elastična. Meka guma se

upotrebljava za izolaciju vodiča i kablova, za ispunu kablova i njihove vanjske

plašteve. Od meke gume se izrađuju izolacione podloge, gumene rukavice i sl.

Nedostatak meke gume je što djelovanjem svjetlosti, toplote i kisika "stari", odnosno

smanjuje joj se elastičnost, čvrstoća i električna otpornost.

Tvrda guma (sadrži 30 do 35 % sumpora) poznata je pod nazivom ebonit. Proizvodi se

u obliku ploča, šipki i cijevi. Od tvrde gume se izrađuju različiti izolacioni dijelovi.


Vlaknasti izolacioni materijali Ovi materijali imaju dobra mehanička svojstva, lako se obrađuju i kombiniraju s drugim tečnim ili čvrstim elektroizolacionim materijalima. Nedostaci čistih vlaknastih materijala su mala dielektrična čvrstoća, mala termička provodnost, velika higroskopnost i poroznost. Najviše korišteni vlaknasti materijali u elektrotehnici su: - drvo, - papir, - prešpan, - tkanine i dr.


Papir je materijal vlaknaste strukture koji se pretežno sastoji od celuloze. U elektrotehnici se uglavnom primjenjuje papir od natron-sulfatne celuloze. Prema namjeni razlikuje se papir za: - kondenzatore, kablove i transformatore, - papir za impregniranje sintetičkim smolama, - papir za izradu složenih izolacija i - papir za izoliranje transformatorskih i dinamo limova. Papir za kondenzatore je debljine 6 do 25 m, dobre je homogenosti, ima veću dielektričnu konstantu i visoku hemijsku čistoću. Obično se impregnira mineralnim uljima i drugim sredstvima. Papir za kablove je debljine 80 do 200 m, i veće mehaničke čvrstoće od kondenzatorskog. Papir za transformatore je debljine oko 55 m, ima bolja mehanička svojstva od kablovskog i hemijsku čistoću kao kondenzatorski papir. Za impregniranje sintetičkim smolama se koristi papir debljina 30 do 300 m, male gustine i velike poroznosti, odnosno moći upijanja.


Ploče, štapovi i cijevi dobiveni impregnacijom ove vrste papira koriste se za izolaciju namotaja transformatora. Papir za složene izolacije služi kao nositelj osnovne izolacije pa mora imati veliku prekidnu čvrstoću. Debljina ovih papira je 15 do 50 m. Papir za izoliranje transformatorskih i dinamo limova debljine je 25 do 35 m. Ova vrsta papira se lijepi na limove jezgri električnih strojeva i transformatora zbog njihove međusobne izolacije. Prešpan je jako čvrsti papir debljina 0,1 do 5 mm. S obzirom na primjenu razlikuje se: - mašinski, - utorski, - transformatorski i - kondenzatorski prešpan. Prve dvije vrste obično nisu impregnirane, dok se kod transformatora i kondenzatora prešpan impregnira mineralnim uljima


Elektroizolacioni lakovi, zalivne mase i kitovi

Elektroizolacioni lakovi su tekućine koje nastaju otapanjem smola (prirodnih i

sintetičkih), bitumena, sušenih ulja i drugih materijala u prikladnim rastvaračima.

Sušenjem rastvarač ispari, a lak očvrsne tvoreći tanki film koji ima dobra mehanička i

električna svojstva i malu higroskopnost.

Izolacioni lakovi se dijele prema hemijskom sastavu, temperaturi sušenja i primjeni.

Prema hemijskom sastavu izolacioni lakovi pripadaju jednoj od skupina: uljni lakovi,

lakovi na bazi modificiranih (polivinilacetatni, poliefirepoksidni, poliuretanski,

polisilikonorganski i dr) i nemodificiranih (glitalni, fenolformaldehidni, poliamidni,

polistirenski i dr) sintetičkih polimera i lakovi na bazi prirodnih smola. Prema

temperaturi sušenja razlikuju se izolacioni lakovi koji se suše pri sobnoj temperaturi

(oko 20C) i pri povišenoj temperaturi (iznad 70C).


Izolacioni lakovi se prema primjeni dijele na: - lakove za impregniranje, - lakove za površinske premaze i - vezivne lakove. Impregnacijski lakovi se upotrebljavaju za impregniranje svitaka električnih mašina i transformatora te poroznih izolacionih materijala. Impregniranje se obavlja uranjanjem ili u vakuumu. Površinski lakovi služe za zaštitu dijelova od vlage, ulja, hemijskih sredstava, korozije, itd. Obavezno im se dodaju pigmenti (oksidi metala), a nanose se uranjanjem, prskanjem, preljevanjem ili premazivanjem. Upotrebljavaju se za lakiranje metalnih dijelova, za lak-žicu, za izoliranje feromagnetskih limova i sl. Vezivni lakovi se koriste pri izradi složenih izolacija. Mogu se upotrebljavati i kao ljepilo. Kao vezivni lakovi najviše se koriste lakovi na bazi šelaka, alkidnih i epoksidnih smola.


Zalivne mase (kompaundi) za razliku od izolacionih lakova imaju veću gustoću.

Sastoje se od različitih smola, bitumena, voskova, ulja i drugih materijala, a mogu im

biti dodani kremeno brašno kaolin i plastifikatori. Najduže primjenjivana je zalivna

masa na bazi bitumena kojoj mogu biti dodana i sušena ulja. U elektronici je korištena

zalivna masa na bazi etilceluloze i cerezina. Danas preovladavaju zalivne mase na bazi

sintetičkih termostabilnih poliesterskih i epoksidnih smola.

Izolacioni kitovi su plastični materijali koji služe kao vezivo, a otvrđavaju hemijskom

reakcijom ili sušenjem. Imaju veliku unutrašnju koheziju i ljepljivost prema drugim

materijalima. Anorganski su gips-kit, magnezijev ili roza-kit i portlandcementni-kit.

Otvrdnjavaju na sobnoj temperaturi, a koriste se za povezivanje keramike i metala.

Organski kitovi se izrađuju od sintetičkih smola. Dosta se koriste kitovi na bazi

epoksidnih smola.


• Kada se naponsko naprezanje približava probojnom naprezanju:

• Struja kroz izolaciju eksponencijalno raste (slično kao kod gasa)

• Pretpostavlja se da je uzrok za povećanje broja nosilaca naboja u izolaciji uzrok rastu struje

• U praksi, drugi faktori također utječu na porast broja nosilaca:

• Struja pretpražnjenje i dielektrični gubici uzrokuju zagrijavanje

• Elektrostatske sile na sučeljima

• Elektrohemijske reakcije

• Vodeni treeing, erozija


U općem slučaju:

Proboj je prouzročen energijom što dolazi iz električnog polja Transfer energije može se javiti zbog:

Sudarna ionizacija (električni proboj)

1.

Toplinski gubici (termički proboj)

2.

Proboj dovodi do toplinske destrukcije izolacije (topljenje,

ugljenisanje, isparavanje)

Permanentni gubitak izolacijskih svojstava (nisu

samoobnavljajući kao gasovi )


• MEHANIZMI PROBOJA U ČVRSTOJ IZOLACIJI

● Pravi proboj (Pravi električni proboj)

● Parcijalnim pražnjenjenima izazvani proboji zbog električnog treeinga i trackinga

● Elektromehanički proboj

● Termički proboj

● Elektrolitički proboj



S obzirom na činjenicu da su neki od ranije pobrojanih faktora koji utječu na dielektričnu čvrstoću vremenski ovisni, jasno je da je i dielektrična čvrstoća funkcija vremena trajanja primjene napona.

● Kod vrlo kratkotrajne primjene napona (reda mikrosekundi) mehanizam proboja je uglavnom elektronski , što rezultira u vrijednostima probojnog polja koje su posve bliske "pravoj dielektričnoj čvrstoći" izolacijskog materijala.


S porastom vremena trajanja primjene napona, prelaskom u rang sekundi, razultat postaje nepouzdan iz razloga što je ovdje dominantan faktor proboja strimer formiran usljed ionizacije zraka uz elektrode, a kad se radi o kratkotrajnim primjenama napona riječ je o stohastičkoj varijabli. U području minuta efekt formiranja strimera postaje konzistentniji. Ovako formirani strimeri ne dovode do trajnih oštećenja, međutim povećavaju područja u kojemu je , zbog povećanja električnog naprezanja na vrhu svakog stimera, materijal prenapregnut. Ovi stimeri su pokretni i dovode do slabljenja čvrste izolacije, što dalje snižava probojni napon. Dalje produljenje vremena primjene napona uvjetovat će takvu situaciju u kojoj termički faktor počinje igrati svoju ulogu. Pored elektronske vodljivosti, pojavit će se i ionska vodljivost materijala, što će dovesti do njegovog unutarnjeg zagrijavanja. Ova aktivnost bit će pojačana s porastom temperature tako da , čak i kod nižih vrijednosti primijenjenog napona, može nastupiti termički debalans.


Konačno, kad vrijeme trajanja priključenog napona bude jednako satima, danima ili čak godinama, oštećenje materijala prouzročit će drugi faktori: u unutrarnjim šupljinama, utjecaji okoliša i sl., što vodi do daljeg sniženja razine probojnog napona.

Iz naprijed izloženog možemo zaključiti da je veoma važno ustvrditi konzistentnu proceduru ispitivanja dielektrične čvrstoće materijala tj. precizirati vrijeme trajanja primjene ispitanog napona, kao i brzinu podizanja napona (npr. kod standardnih procedura ispitivanja napona 50 Hz, podnosivi napon odnosi se na vrijeme od jednog minuta, a kao brzina podizanja uzima se porast od 1 kV u sekundi). Zahvaljujući utjecaju homogenosti materijala i termičkoj naravi proboja, jasno je da i debljina ispitnog uzorka predstavlja vrlo bitan faktor kod ustvrđivanja probojne čvrstoće. Iz prostog razloga što su tanki uzorci homogeniji i što se lakše hlade. Ispitivanja su, naime, pokazala da se relacije između probojnog napona, Upr, i debljina h, mođe izraziti u obliku:

Npr hkU N = eksponent koji varira od 0,5 do o,75.


Na osnovi ranijih razmatranja može se diskutirati utjecaj oblika priključenog napona na visinu probojnog napona:

• Istosmjerni napon proizvodi manje gubitke tj. manje toplinske energije budući da su gubici generirani samo rezidualnom strujom. To je razlogom pa se probojni nivoi na istosmjernom naponu viši od onih što se imaju kod priključka izmjeničnog napona 50 Hz.

• Probojni napon kod impulsnog vala je također viši nego kod vala 50 Hz, pošto ovdje utjecaji strimera i toplinski utjecaji igraju beznačajnu ulogu.

• Izmjenični napon 50 Hz generira apsorbcionu struju koja, kako smo vidjeli, ima i svoju radnu komponentu što pridonosi toplinskim efektima i snižava nivo probojnog napona kod jednakih ostalih uvjeta. Visoka temperatura ambijenta u kojemu radi električna izolacija također snižava dielektričnu čvrstoću. Ovaj je utjecaj naročito izražen kod materijala koji se prilikom porasta temperature smekšavaju.


Oblik elektroda takođe utječe na visinu probojnog napona iz jednostavnog razloga što o njemu ovisi način formiranja strimera, pošto na oštrim krajevima elektroda dolazi do koncentracije električnih naprezanja.

Na donjoj slici prikazane su tri karakteristične konfiguracije. U prvom slučaju naprezanje je određeno oštrinom ruba cilindrične elektrode; u drugom su uvjeti pogoršani zbog izraženog utjecaja kutova pravokutne elektrode, a u trećem se slučaju zbog korištenja sferne elektrode ima kvazihomogeno polje.

Utjecaj oblika elektroda na probojni napon čvrste izolacije;

omjer probojnih napona kod jednake debljine izolacije: a:b:c=1.0:0.75:4.0 a b c


Električni proboj (čisti električni proboj, pravi električni proboj, elektronski proboj)

Mehanizam čistog električnog proboja čvrstih dielektrika nije još potpuno razjašnjen. Probojni napon ne može se računati na isti način kao kod gasova. Ako se čvrsti dielektrik pojednostavljeno promatra kao jako komprimirani gas tada se mora uzeti u obzir da je probojna čvrstoća mnogo veća nego kod gasova. U stvarnosti probojna čvrstoća iznosi nekoliko MV/cm i uglavnom je ovisna o temperaturi. Čisti električni proboj (za razliku od drugih vrsta) koje se također javljaju pod utjecajem električnog polja, samo je posljedica interakcije između slobodnih nabijenih čestica (elektroni, joni), ubrzanih električnim poljem, i čestica dielektrika. Rezultat je razaranje dielektrika. Elektroni u čvrstom dielektriku mogu da nastanu hladnom elektronskom emisijom, termoelektronskom emisijom i jonizacijom nečistoća. Joni u čvrstom dielektriku nastaju hemijskim, termičkim ili sudarnim procesima. Sekundarnu procesi, kao što su zagrijavanje i hemijske reakcije koje se mogu javiti u dielektriku pod djelovanjem sila električnog polja i olakšati napredovanje njegovog razaranja, nikada se ne događaju kada je u pitanju čisti električni proboj.



Čisti električni proboj može se odigrati samo u slučaju da primijenjeni napon traje veoma kratko, reda 10-8 sec, odakle zaključak da je on u svojoj prirodi elektronski. Naprezanja potrebna za njegovu pojavu prelaze vrijednosti od 1 MV/cm. U teoriji ove vrste proboja uzima se da je dielektrična čvrstoća koja mu odgovara, tzv. «prava dielektrična čvrstoća» dostignuta onda kada elektroni u dielektriku od vanjskog električnog polja dobiju toliku energiju da budu u stanju preskočiti zabranjenu zonu i preći iz valentne u vodljivu zonu. Prava je čvrstoća svojstvo koje ovisi samo o MATERIJALU i TEMPERATURI Vrijednosti dielektrične čvrstoće dielektrika izračunate na bazi tako uspostavljenog kriterija često se mnogo veće od onih što se dobiju eksperimentalno, što se objašnjava objašnjava prisustvom mikropukotina i drugih defekata u materijalu čije je utjecaje teško uključiti u proračune. Procesi (definicije): Autoelektronska emisija, nastaje kada je jakost polja u blizini katode reda veličine 106 kV/cm, pa elektroni bivaju „iščupani“ iz katode. Udarna (sudarna) jonizacija nastaje kada elektron udara u atom iz njega izbija jedan elektron, te kao rezultat nastaju dva elektrona i jedan pozitivni jon.



Faze električnog proboja čvrstih dielektrika, su:

a) početno stanje - slobodni nosioci naelektrisanja u elektrodama i vezani nosioci naelektrisanja u dielektriku;

b) početak spoljašnje i unutrašnje autoelektronske emisije;

c) pojava slobodnih elektrona i jona u dielektriku,

d) formiranje provodnog kanala emisionim procesima i procesima udarne jonizacije.

Proboj čvrstih dielektrika Električni proboj

(čisti električni proboj, pravi električni proboj, elektronski proboj)

U čistim i homogenim izolacijskim materijalima valentna i vodljiva zona su na sobnoj temeraturi razdvojene velikim energetskim procjepom, tako da niti jedan elektron ne može skočiti iz valentne u vodljivu zonu. Vodljivost čistih dielektrika na sobnoj temperaturi jednaka je nuli.

Međutim, u praksi niti jedan izolacijski materijal nije posve čist tj. u svom strukturalnom dizajnu posjeduje nečistoće i/ili nesavršenosti. Atomi nečistoća mogu djelovati kao stupice za slobodne elektrone na energetskim nivoima koji se nalaze upravo ispod vodljive zone. Prema tome, svi amorfni kristali uvijek imaju slobodnih elektrona u vodljivoj zoni.

● Kada se primijeni električno polje, elektroni će dobiti energiju i zahvaljujući međusobni sudarima ta će energija biti među njima podijeljena. U amorfnim dielektricima je energija koju elektroni dobiju iz električnog polja mnogo veća od one što je oni mogu prenijeti na rešetku. Prema tome, temperatura elektrona će premašiti temperaturu rešetke što će rezultirati porastom broja uhićenih elektrona koji ulaze u vodljivu zonu i što će na kraju voditi proboju.



Proboj se može dogoditi i u slučaju kada je elektroda uronjena u čvrstu izolaciju formirajući u njoj homogeno električno polje. Elektron koji je ušao u vodljivu zonu dielektrika na katodi kretat će se pod uticajem električnog polja prema anodi. Tokom svog kretanja on dobija energiju, a prilikom sudara jedan njen dio gubi. Ako je srednji slobodni put elektrona dug energija koju će dobiti prilikom kretanja veća je od one što će je izgubiti prilikom sudara. Proces se nastavlja i može konačno voditi k formiranju elektronske lavine, slično kao kod gasova i prerasti u konačni proboj ako duljina lavine premaši stanovitu kritičnu vrijednost. Rezultat proboja je razaranje dielektrika.



U čistim homogenim izolacijskim materijalima vodljiva i valentna zona su na sobnoj temperaturi odvojene velikim energijskim procjepom i elektroni ne mogu steći dovoljnu toplinsku energiju da naprave prelaz iz valentne u vodljivu zonu.

Kada na izolaciju bude primijenjeno električno polje, vodljivi elektroni će dobiti energiju i zbog uzajamnih sudara ju međusobno podijeliti. ● Iz uvjeta stabilnosti jasno je da ova energija mora biti negdje potrošena ● Polje podiže energiju elektrona brže nego što je elektroni mogu prenijeti na rešetku ● Temperatura elektrona raste i nastavlja rasti vodljivost sve do kompletnog proboja

metal poluvodič izolator

Vodljiva zona

Valentna zona

Fermiev nivo

ener

gij

a e

lek

tron

a

Energijski procjep



• Električni proboj odlikuje se:

a) kratkim vremenom razvitka proboja, općenito reda mikrosekundi ili čak i kraćim; ako dielektrik nije probijen odmah nakon primjene napona, nema osnovnih pretpostavki da će se čisti električni proboj ikada odigrati;

b) praktička neovisnost dielektrične čvrstoće o frekvenciji primijenjenog napona;

c) praktička neovisnost dielektrične čvrstoće o temperaturi;

d) relativno slabo naglašena ovisnosti dielektrične čvrstoće o obliku i dimenzijama elektroda i dielektrika u homogenom polju; odatle i naziv «prava» dielektrična čvrstoća koja naglašava činjenicu da bi dielektrična čvrstoća u slučaju električnog proboja trebala, u prvoj aproksimaciji, reprezentirati samo osobine dielektričnog materijala.

(Dielektrična čvrstoća u slučaju električnog proboja ne bi trebala ovisiti o dimenzijama dielektrika niti o drugim utjecajnim faktorima – vremenu primjene napona, frekvenciji, obliku vala primijenjenog napona i/ili temperaturi).

Proboj čvrstih dielektrika Elektromehanički proboj

Kada je izolacijski materijal podvrgnut djelovanju električnog polja, na dvije nasuprotne površine materijala bit će inducirani naboji suprotnog znaka, što će izazvati silu privlačenja i izolaciju podvrgnuti elektrostatičkom pritisku. Kada ove sile premaše mehaničku izdržljivost materijala, materijal će doživjeti kolaps – elektromehanički proboj

Ako materijal ima početnu debljinu do i ako nakon djelovanja priključenog napona bude komprimiran na debljinu d, naprezanje na pritisak izazvano djelovanjem električnog polja iznosit će:


Ako materijal ima Youngov modul g, njegova će mehanička čvrstoća na pritisak iznositi:

Iz uvijeta ravnoteže dobit ćemo:

Diferencirajući po promjenljivoj d, imat ćemo


● Redukcija debljine izolacije ne može dakle biti veća od 40%. Ako je odnos U/d za datu vrijednost U manji od prave čvrstoće materijala, dalje povišenje napona učinit će debljinu uzorka materijala nestabilnom: uzorak će doživjeti kolaps – Elektromehanički proboj. Kod mehaničkog proboja izolator se oštećuje usljed elektrostatičkih sila. Zato se ovakva vrsta proboja može očekivati kod vrlo tankih izolatora s ekstremno velikom električnom čvrstoćom. Ovo nije česta pojava kod tipičnih izolatora. Najvišu vrijednost čvrstoće dobit ćemo zamijenjujući d = 0.6 do u naprijed navedene izraze.

● Prethodna jednadžba predstavlja samo prvu aproksimaciju, budući da nije uzeta u obzir činjenica da g ovisi o mehaničkom naprezanju.

Proboj čvrstih dielektrika Strimerni proboj

U određenim kontroliranim uvjetima u kojima se ima posve homogeno polje, s elektrodama što su potpuno usađene u čvrsti dielektrik, do proboja može doći nakon što se odigra proces tzv. elektronske lavine:

• elektron što je ušao u vodljivu zonu dielektrika na katodi, biva, pod djejstvom sila polja, nošen prema anodi dobivajući energiju između sudara i gubeći je prilikom svakog sudara.

• u slučaju da je njegov slobodni put dovoljno dug, toliko da energija što ju je stekao bude veća od energije jonizacije kristalne rešetke, prilikom narednog sudara oslobodit će se još jedan elektron.

• proces se sada ponavlja sa dva elektrona i može dovesti do formiranja elektronske lavine kao što je to slučaj kod gasova. •Do proboja dolazi ukoliko lavina premaši izvjesnu kritičnu duljinu


• Ovo je koncept što potpuno podsjeća na teoriju za objašnjavanje proboja u gasu.

• U praktičnim situacijama rijetko se može sresti jednostavni sistem s elektodama što su idealno usađene u čvrsti dielektrik, tako da je on redovito okružen s jednim ili više drugih materijala.

Ako je jedan od tih materijala gas ili tečnost, onda će probojni napon čvrste izolacije biti više utjecan slabim okolnim medijem nego samom čvrstom izolacijom. Na slici desno prikazan je presjek jednostavnog ispitnog aranžmana s uzorkom postavljenim između sistema elektroda sfera/ ploča.


Ako se na dati sistem elektroda primijeni napon U, onda će se na rastojanju x od kontaktne tačke u samom okolnom ambijentu imati napon:

2

2

11

11

hh

hUU

h

U

hh

UE

hh

UE

hh

UE

21

0

1221

12

1221

21

1

1

22

0

2

2

2

11

0

1

hh

h

E

E

hh

h

E

E

Okolni ambijent ima manju vrijednost dielektrične propustljivosti nego materijal uzorka od čvrstog dielektrika, pa će, u skladu s tim trpjeti veće električno naprezanje.


Pošto je: 21 imat ćemo da je:

hhhhh

212

2

11

tako da je:

01 EE S obzirom da je:

hhhhh

211

1

22

to je: 21 EE

Rezultat je da će se prije dogoditi proboj u ambijentu nego što će biti dosegnuta « prava » dielektrična čvrstoća uzorka.


Procjenjuje se da je koncentracija naboja na vrhovima kanala pražnjenja, dovoljna da izazove lokalna polja reda 10 MV/cm, što je u pravilu veličina koja prelazi «pravu» dielektričnu čvrstoću. Sada je moguće da će se na vrhovima pražnjenja dogoditi lokalni proboj, a kao rezultat mnogo takvih probojnih kanala nastaje kompletni proboj. Ovi kanali, formirani u čvrstom dielektriku, šire se korak po korak, kroz čitavu njegovu debljinu.

Na površini uzorka, na mjestu označenom sa A, deponirat će se izvjestan naboj izazvan pražnjenjem u ambijentu i on će prouzročiti distorziju lokalnog električnog polja. Polje što je u početku bilo praktički homogeno, pod utjecajem nastalog pražnjenja u ambijentu, transformira se u nehomogeno polje, slično onom što se ima u konfiguraciji šiljak – ploča.


U općem slučaju proboj, dakle, nije rezultat formiranja jednostukog kanala pražnjenja nego se ima strukturu sličnu krošnji stabla, tree na engleskom, pa otud i kod nas za opisivanje ovog procesa opće prihvaćeni termin- treeing.

Slika prikazuje rezultat labaratorijskog ispitivanja prozirnog uzorka izrađenog iz perspeksa postavljenog između elektroda šiljak – ploča na koji je primijenjen impulsni val, pri čemu je šiljasta elektroda usađena u prozirni čvrsti materijal.

Probojni kanali u perspeksu između elektroda šiljak – ploča, radijus šiljka 0.01 in, debljina 0.19 in, ukupan broj impulsa 190, broj formiranih kanala = 19, n-ta tačka označava kraj

n-tog kanala ,radijusi krugova povećavaju se za po 10-2 in.


električni treeing električni treeing

vodeni treeing

Kabl nije zaštićen od prodora vode.

To dovodi do formiranja vodenog treeinga i mogućih daljnih problema


Proboj zbog treeinga i trackinga

● Kao što znamo čvrstoća lanca određena je čvrstoćom najslabije karike u lancu. Slično tomu, kad god čvrsti materijal u sebi sadrži nečistoće u smislu džepova ispunjenih gasom ili tečnošću, dielektrična čvrstoća čvrste izolacije bit će manje ili više jednaka čvrstoći najslabije nečistoće.

● Pretpostavimo da su u čvrstom izolacijskom materijalu tokom njegove proizvodnje uhićeni gasni džepovi. Ako materijal ima dielektričnu propustljivost r , električno polje u gasu bit će r puta veće od onog u izolaciji. Rezultat je proboj gasa na relativno nižem naponu.

● Koncentracija naboja u džepu učinit će polje još nehomogenijim. Utvrđeno je da ova koncentracija može biti tolika da proizvede polja reda 10 MV/cm, što premašuje čak i pravu dielektričnu čvrstoću čvrstog materijala.


Proboj zbog treeinga i trackinga

● Ove koncentracije naboja na šupljinama unutar dielektrika dovode do njegovog postupnog proboja. Budući da proboj nije prouzročen jednim jedinim kanalom pražnjenja nego ima strukturu nalik drvetu, ovaj je proboj poznat pod nazivom proboj zbog treeinga.

Proboj čvrstih dielektrika Proboj zbog treeinga i trackinga

● Razmotrimo izolacijski materijal postavljen u aranžman prikazan na slici desno (gore) situiran u uvjete vanjske atmosfere. Na površinu izolacije će se u takvim uvjetima nataložiti kontaminatori u formi čestica atmosferskog zagađenja i vlage.

● Struja zagrijava vlagu što dovodi do prekida u nataloženom filmu. Preko formiranih suhih zona javljaju se parcijalna pražnjenja. Ova pražnjenja dovode do karbonizacije i isparavanja izolacije, te formiranja permanentnih ugljeniziranih staza (tracks) na površini izolacije.

Proboj čvrstih dielektrika Proboj zbog treeinga i trackinga

● Prema tome, tracking predstavlja mehanizam formiranja permanentnih vodljivih, obično karboniziranih, staza preko površine izolacije. Da bi se pojavio tracking, izolacijski materijal mora sadržati organske substance. Iz tog razloga tracking predstavlja ozbiljan limit kad je u pitanju primjena organskih materijala u aparatima instaliranim na otvorenom. Brzina formiranja trackinga može biti reducirana dodavanjem odgovarajućih punila polimernim materijalima koji se

u svrhu koriste.


Elektrotermički proboj

Kada je izolacijski materijal podvrgnut djelovanju električnog polja doći će do njegovog zagrijavanja zbog struje vodljivosti i dielektričkih gubitaka izazvanih polarizacijom. Vodljivost materijala raste s porastom temperature i stanje nestabilnosti se postiže kad generirana toplina premaši odvedenu toplinu i materijal biva probijen.

Na slici desno prikazane su krive ovisnosti generirane toplote o temperaturi za različika električna naprezanja izolacije. Uzeto je da se zbog male razlike u temperaturama ambijenta i izolacije Newtonov zakon hlađenja može predstaviti pravom linijom. t 1 t 2

1 ( E 1 )

2 ( E 2 )

3E3

To

pli

na

Temperatura

Jakost polja E1 : temperatura izolacije se stabilizira na t1

Nema termičkog proboja

Jakost polja E2 : temperatura izolacije raste na t2 Male promjene mogu dovesti do proboja

Proizvedena toplina na E3 uvijek premašuje hlađenje Nedostižna stabilna tačka Termički proboj

Ako se u izolaciji toplina proizvodi brže nego se odvodi hlađenjem imamo termički proboj



• Da bi razumjeli suštinu fenomena elektrotermičkog proboja podsjetimo se na činjenicu da se u dielektriku što se nalazi pod uticajem električnog polja oslobađa toplina izazvana protjecanjem aktivne komponente struje (rezidualna struja plus aktivna komponenta apsorbcione struje).

• Kao što smo vidjeli kod priključka istosmjernog napona imaju se specifični gubici:

g

2

2

EE

pist

što znači da se gubici tj. generirana toplina, kod date jakosti polja, povećavaju s povećanjem vodljivosti g upotrijebljenog materijala. Kod izmjeničnog napona specifični gubici određeni su izrazom: tj. direktno su proporcionalni faktoru dielektričnih gubitaka ε.tgδ (odnosno samim tim i εr.tgδ), datog materijala i frekvenciji primijenjenog napona.

Proboj čvrstih dielektrika Elektrotermički proboj

Gubici su direktno proporcionalni faktoru dielektričnih gubitaka ε.tgδ (odnosno samim tim i εr

.tgδ), datog materijala i frekvenci primijenjenog napona Uz nepromijenjene ostale uvjete, više se topline oslobađa u dielektriku kad raste njegova temperatura iz razloga što su g i ga u mnogim slučajevima monotono rastuće funkcije temperature. Eksperimentalno je potvrđeno da u mnogim slučajevima vrijedi:

12

2112TTetgtg

gdje su: ε1, ε2, tgδ1, tgδ2 vrijednosti što odgovaraju temperaturama T1 i T2 respektivno.


• •Proboj se razvija po slijedećoj proceduri:

Dielektrik na koji je priključen napon oslobađa toplinu, raste temperatura dielektrika pa se, u skladu s prethodnim izrazima, povećavaju dielektrični gubici; Ovaj proces se intenzivira sve dotle dok dielektrik, zbog toga što okolina nije u stanju primiti svu oslobođenu toplinu, ne bude oštećen – rastaljen, progoren, probijen u formi raspukline i slično, ovisno o prirodi danog materijala i uvjetima u kojima se on nalazi.

Ovaj se proboj javlja na tako niskom naponu na kojemu se nikada ne bi pojavio na niskoj temperaturi i na neoštećenom dielektriku. Da bi se dogodio termički proboj, u općem slučaju, nije nužno da bude zagrijan kompletan volumen dielektrika: dovoljno je da se zagrijava samo ona oblast dielektrika u kojoj su, zahvaljujući njegovoj nehomogenosti, gubici intenzivniji. Srednja se temperatura sveukupnog volumena dielektrika malo razlikuje od one što smo je imali prije početka procesa zagrijavanja.

Proboj čvrstih dielektrika Elektrotermički proboj – faze proboja

a)početno stanje, sa čvrsto vezanim nosiocima naelektrisanja u dielektriku; b) lokalno zagrijavanje usljed provodnih i polarizacionih gubitaka; c) nastajanje slobodnih elektrona i pozitivnih jona termičkim efektima u zagrijanoj zapremini, i d) dalje nastajanje slobodnih elektrona i pozitivnih jona termičkim efektima i formiranje provodnog kanala.


Električno polje dovodi do proizvodnje topline u izolaciji zbog vodljivosti i dielektričnih gubitaka

s porastom temperature raste vodljivost više topline

faktor gubitaka tan δ raste s porastom temperature više gubitaka

Ako se toplina u izolaciji proizvodi brže nego što se odvodi hlađenjem termički proboj

1. Kod jakosti polja E1, temperatura izolacije se stabilizira na t1 nema termičkog proboja

2. Kod jakosti polja E2, temperatura raste na t2 nestabilno stanje (male promjene temperature mogu dovesti do termičkog proboja)

3. Nema stabilne tačke termički proboj. Toplina proizvedena kod polja E3 uvijek premašuje toplinu odvedenu hlađenjem

(iscrtkana prava linija = Newtonov zakon hlađenja)


Ako su vrijednosti faktora dielektričnih gubitaka (ε.tgδ), odnosno vrijednosti g (za slučaj priključka na istosmjerni napon) male i stupanj njihovog povećanja s porastom temperature nije značajan, a koeficijent toplinske vodljivosti materijala visok (što pomaže odvođenju topline u okoliš i uspostavljanje ravnoteže između oslobođene i odvedene topline), termički se proboj teško razvija i izolacija, bez da bude oštećena, može raditi dugo vremena pod relativno visokim naponom. Da bi došli do matematskog modela termičkog proboja električne izolacije počet ćemo od općeg matematskog modela provođenja topline u čvrstom tijelu, tj. od eksperimentalno potvrđenog Fourije-ovog zakona koji kaže da je toplinski fluks po jedinici površine, normalno orjentiran u odnosu na tu površinu, proporcionalan temperaturnom gradijentu:

gradTKn

TKf

K – koeficijent toplinske vodljivosti materijala.



Ne upuštajući se u izvođenje frekventne ovisnosti probojnog napona pri elektrotermičkom proboju možemo dobiti:

f

AU pr

Uzimajući da je ovisnost (εi.tgδi) o početnoj temperaturi T0 dobit ćemo ovisnost

probojnog napona o temperaturi za slučaj elektrotermičkog proboja:

20T

pr eBU

B – konstanta

α – temperaturni koeficijent faktora dielektričnih gubitaka (K-1);

A – konstanta



Na osnovi naprijed navedenog može se izvesti zaključak da je dielektrična čvrstoća termičkog proboja određena: - frekvencijom priključenog napona - debljinom dielektrika - uvjetima hlađenja i preko sljedećih fizičkih parametara datog dielektrika: a) koeficijent toplinske vodljivosti, K;

b) faktor dielektričnih gubitaka, (ε.tgδ); c) temperaturni koeficijent faktora dielektričnih gubitaka, .



Razvoj termičkog proboja dakle pospješuju : Visoka frekvenca priključenog napona, pošto porast frekvence dovodi do porasta dielektričnih gubitaka; Niska termička vodljivost materijala i loši uvjeti hlađenja, pošto otežavaju odvođenje unutar dielektrika gubicima proizvedene topline; Povećanje debljine dielektrika iznad određenog limita, s obzirom da se njenim povećanjem generirana toplina više nije u stanju odvesti u okolnu sredinu; Visoka temperatura okolne sredine kao i visoka temperatura dielektrika; Dugo vrijeme trajanja primjene napona koje omogućuje da se u dielektriku nagomila toplina; Visoka vrijednost produkta (ε.tgδ) i njegov brzi rast s porastom temperature.


Primjer: VN kabeli - izvori topline i termički otpori

IZVORI TOPLINE VODIČ I2R Gubici snage IZOLACIJA Dielektrični gubici METALNI EKRAN I2R Gubici snage

TERMIČKI OTPORI Izolacija Vanjski plašt



Za razliku od termičkog, čisti električni proboj normalno je očekivati kod nižih frekvenci i temperatura, kod kraćih vremena trajanja primjene napona i u prilikama kada faktor dielektričnih gubitaka (εtgδ) ima nizak iznos i sporo raste s porastom temperature.

Iz ovdje opisanog mehanizma termičkog proboja jasno proizilazi da je preduvjet za njegovo napredovanje akumuliranje izvjesna količina toplote u dielektriku . Za ovo akumuliranje toplote potrebno je određeno vrijeme, koje će biti tim kraće što je napon primijenjen na izolaciju viši. Probojni napon u funkciji vremena trajanja

primijenjenog napona za slučaj termičkog proboja



Na slici desno data je kvalitativna forma ovisnosti probojnog napona o vremenu trajanja primjene napona za slučaj termičkog proboja.

Ako je na izolaciju primijenjen napon U1 , onda pri svim naponima koji su niži od napona U1 izolacija neće imati vremena da se dovoljno zagrije, tako da kod tih iznosa napona neće ni doći do proboja. Izolacija može, kao što se vidi na slici desno, beskonačno dugo vremena podnositi napon čija je vrijednost niža od U , kojemu asimptotski teži probojni napon kad vrijeme trajanja primjene napona raste.

Probojni napon u funkciji vremena trajanja primijenjenog napona za

slučaj termičkog proboja

U



Tri ovisnosti probojnog napona karakteriziraju termički proboj: ovisnost o frekvenci, ovisnost o temperaturi ovisnost o vremenu trajanja djelovanja napona Ove 3 prethodne ovisnosti probojnog napona karakteristične za termički probojni napon nisu tipične za proces nastanka i mehanizam odigravanja električnog proboj (razlog : električni proboj se odigrava u veoma kratkom vremenu). Neovisnost o vremenu trajanja primjene napona već je sama po sebi jasna; neovisnost o frekvenci je jasna zbog činjenice da električni proboj nije vezan za zagrijavanje izolacije uzrokovane dielektričnim gubicima; neovisnost o temperaturi jasna je iz samog mehanizma električnog proboja.

Prema tome, odsustvo, odnosno prisustvo, gore spomenutih ovisnosti može nam poslužiti kao kriterij za razlikovanje ovih dviju vrsta proboja.

Ima slučajeva kad je o prirodi razvoja proboja moguće suditi na bazi izgleda već probijene izolacije. Tako će se npr. u slučaju termičkog proboja on najvjerovatnije odigrati u blizini središnjeg dijela međuelektrodnog razmaka iz razloga što se odatle toplina najteže odvodi, a električni proboj u regionu najgušćih linija električnog polja (efekt krajeva). Kod prisustva defekata (slaba mjesta) u električnoj izolaciji, mjesto na kojem će se dogoditi proboj u prvom je redu određeno rasporedom defekata.



U općem slučaju, dati izolacijski materijal ne može biti okarakteriziran određenom vrstom proboja. Ako se uvjeti rada električne izolacije izmijene onda jedna vrsta proboja može preći u drugu. To se može dogoditi zbog promjene temperature, frekvence ili uvjeta hlađenja. Na slici desno ilustriran je slučaj koji se odnosi na promjenu temperature. Na temperaturama što su niže od temperature Tk imat će se tipični električni proboj, karakteriziran praktičkom neovisnošću probojnog napona o temperaturi. Kad temperatura raste iznad temperature Tk proboj postaje termički: probojni napon opada s porastom temperature.

U tom slučaju u stvarnosti ćemo imati samo jednu vrijednost probojnog napona – nižu od dvije teoretski moguće vrijednosti na svakoj temperaturi. Prema tome, stvarana ovisnost probojnog napona o temperaturi bit će ilustrirana linijom CKB.



- Dielektrična čvrstoća porculana u funkciji temperature (50Hz) I - region električnog proboja II – region termičkog proboja

Prelaz iz područja električnog u termički proboj može biti izazvano ne samo porastom temperature, nego i povišenjem frekvence priključenog napona. Za razumijevanje ovog pitanja dovoljno je razmotriti grafičku ovisnost probojnog napona o frekvenci i ponoviti razmatranje koje smo već proveli kad je u pitanju ovisnost o temperaturi.


Slika 8 - Tipična ovisnost probojnog napona i dielektrične čvrstoće keramike o debljini

izolacije (50 Hz)

● Po pravilu, s povećanjem debljine izolacije raste probojni napon. Mađutim, taj rast nije linearan Sl.8). To znači da dielektrična čvrstoća (E=gradU) opada s porastom debljine izolacije.

Kad je riječ o termičkom proboju onda se opadanje probojne čvrstoće, Epr, s porastom debljine izolacije, h, može pripisati lošijem odvođenju topline, kao što jasno slijedi iz izraza (19) i prirode ovisnosti φ(β.h) – Sl. 2.


Tipična ovisnost probojnog napona i dielektrične čvrstoće keramike o debljini

izolacije (50 Hz)

Po pravilu, s povećanjem debljine izolacije raste probojni napon, ali taj rast nije linearan, slika desno. To znači da dielektrična čvrstoća (E=gradU) opada s porastom debljine izolacije.

Kad je riječ o termičkom proboju onda se opadanje probojne čvrstoće, Epr, s porastom debljine izolacije, h, može pripisati lošijem odvođenju topline.


Jasniji uvid u ovo pitanje može se dobiti razmatranjem dva uzorka izrađena od jednog te istog materijala. Uzmimo da je na uzorak (a) debljina 3 cm priključen napon 30 kV, a na uzorak (b) debljine 5 cm, priključen napon 50 kV –slika dolje

Uz objašnjenje ovisnosti dielektrične čvrstoće o debljini dielektrika za slučaj

termičkog proboja

U skladu sa ranijim izvedenim izrazom za specifične dielektrične gubitke, jasno je da će dielektrični gubici u sredini dielektrika (tačka A), u prvom momentu nakon primjene biti jednaki u oba slučaja (ista jakost polja).

Međutim, pošto su u u slučaju (b) uvjeti odvođenja topline, od centralne zone dielektrika u pravcu elektroda, očigledno teži nego u slučaju (a), jasno je da ćemo, ukoliko se radi o termičkom proboju, u slučaju (b) imati nižu dielektričnu čvrstoću.


Povećanje površine elektroda dovodi također do sniženja probojnog napona (ako izuzmemo slučaj vrlo malih dimenzija elektroda kad one djeluju kao oštre tačke što izazivaju jako nehomogeno polje reducirajući tako vrijednost Upr ).

Ova je ovisnost jako naglašena za slučajeve kad je izolacija izrađena od papira ili drugih plahtastih izolacija iz razloga što se povećanjem površine elektroda povećava vjerovatnost da slaba mjesta u izolaciji padnu unutar konture prekrivene elektrodama.

Kad se radi o materijalima koji imaju anizotropnu strukturu, onda se dielektrične čvrstoće u različitim pravcima mogu znatno razlikovati.


Tako je naprimjer dielektrična čvrstoća slojevite izolacije u pravcu okomitom na pravac slojeva znatno veća od one što se ima u pravcu koji je paralelan slojevima (slojevite plastike, papirna izolacija energetskih kabela, slojevita izolacija od mike u električnim mašinama i – slika. dolje).

- Probojni napon impregniranog papira sa slojevima od 80μ; (a) u pravcu slojeva, (b) poprijeko na slojeve 1. Normalni uvjeti 2. Temperatura 120 ºC 3. Nakon 48 sati u atmosferi čija je vlažnost 95%.


Već ranije smo naglasili da je dielektrična čvrstoća poroznih čvrstih dielektrika u mnogome određena dielektričnom čvrstoćom plinom ispunjenih pora.

Prema tome, jasno je da se dielektrična čvrstoća može značajno poboljšati povišenjem pritiska u porama dielektrika, odnosno zamjenom zraka u porama s gasom što ima veću dielektričnu čvrstoću. Na slici desno prikazan je primjer povećanja dielektrične čvrstoće poroznog dielektrika – staklena vlakna- povišenjem pritiska plina koji «impregnira» ovu izolaciju.

Ovisnost dielektrične čvrstoće o temperaturi kompozita fiberglas - azot kod različitih pritisaka

azota (pritisak u Mpa, kod frekvence 50 Hz)

Documents

Proboj Cvrstih Dielektrika_2015-1