Dielektrické plyny

Pole: Základní elektrotechnika

China

Co jsou dielektrické plyny

Dielektrické materiály jsou základními a čistými elektrickými izolanty. Při aplikaci rozumného elektrického pole se dielektrické plyny mohou polarizovat. Vakuum, pevné látky, kapaliny a plyny mohou být dielektrickým materiálem. Dielektrický plyn se také nazývá izolační plyn. Je to dielektrický materiál v plynném stavu, který může zabránit elektrickému výboji. Suchý vzduch, šestifluorethan (SF6) atd. jsou příklady plynných dielektrických materiálů.
Plynné dielektrika nejsou prakticky volné od elektricky nabitéch částic. Když je na plyn použito okrajové elektrické pole, vznikají volné elektrony. Tyto volné elektrony jsou akcelerovány z katody do anody elektrickým tlakem, který na ně působí silou.

Když tyto elektrony získají dostatečnou energii k tomu, aby odrážely elektrony atomů nebo molekul plynu a poté, co elektrony nejsou spojeny s molekulami, pak koncentrace elektronů začne exponenciálně narůstat. V důsledku toho dojde k průrazu. Některé plyny, jako SF6, jsou silně vázané (elektrony jsou silně vázány na molekulu), některé jsou slabě vázané, např. kyslík, a některé vůbec nejsou vázané, např. N2. Příklady dielektrických plynů jsou amoniak, vzduch, oxid uhličitý, šestifluorethan (SF6), oxid uhlíkový, dusík, vodík atd. Obsah vlhkosti v dielektrických plynech může změnit vlastnosti, aby byl dobrým dielektrikem.

Průraz v plynech

Ve skutečnosti jde o pokles odporu izolačních plynů. To se stane, když se použitá napětí zvýší nad průrazové napětí (dielektrickou sílu). V důsledku toho plyn začne vodiť. To znamená, že dojde k silnému nárůstu napětí v malé oblasti plynu. Tato oblast silného nárůstu napětí je důvodem částečné ionizace blízkého plynu a začínání vedení. To je provedeno úmyslně při nízkotlakých výbojích (v elektrostatickém srážení nebo v fluorescentních světlometech).

Paschenův zákon aproximuje napětí, které způsobuje elektrický průraz (V = f(pd)). Je to ve skutečnosti rovnice, která popisuje průrazové napětí jako funkci součinu tlaku a délky mezer. Zde je získána křivka, která se nazývá Paschenova křivka. Paschenova křivka pro vzduch a argon je znázorněna na obrázku 1.
Zde, s poklesem tlaku, průrazové napětí také klesá a postupně roste, přičemž přesahuje původní hodnotu. Při normálním tlaku průrazové napětí klesá s délkou mezery až do určitého bodu.

Když je délka mezery snížena pod tuto hodnotu, pak průrazové napětí začne rostoucí a přesahuje svou původní hodnotu. Při vysokém tlaku a zvýšené délce mezery je průrazové napětí více méně proporcionální součinu obou. Je to hrubě proporcionální kvůli efektům elektrod (mikroskopické nerovnosti elektrod mohou způsobit průraz). Průrazové napětí dielektrických plynů je také hrubě proporcionální hustotě.
dielektrické plyny

Mechanizmus průrazu

Mechanizmus průrazu bude přímo záviset na povaze dielektrických plynů a polaritě elektrody, kde průraz začíná. Pokud průraz začíná na katodě, pak počáteční elektrony jsou dodávány samotnou elektrodou. Poté elektrony získají zrychlení, dojde k tvorbě mnoha elektronů a výsledkem je průraz. Pokud průraz začíná na anodě, pak počáteční elektrony jsou dodávány samotným plynem. Např. vzduch a SF6 plyn. Malý ostrý bod v plynu může být také důvodem průrazu plynné mezery. To se stane v důsledku krok za krokem probíhajících procesů průrazu. Formování koruny (tj. korunový výboj) může být s tím spojeno. Je to ve skutečnosti krátký výpusť energie (výboj) a výsledkem jsou slabo ionizované plynové kanály. Když je pole příliš vysoké, jeden z těchto kanálů bude vodiť.