گازهای دی الکتریک

مواد دی الکتریک اساساً عایق‌های الکتریکی پایه و خالص هستند. با اعمال یک میدان الکتریکی مناسب، گازهای دی الکتریک قطبی شدن می‌توانند. خلأ، مواد جامد، مایعات و گازها می‌توانند به عنوان یک ماده دی الکتریک عمل کنند. یک گاز دی الکتریک نیز به عنوان یک گاز عایق شناخته می‌شود. این یک ماده دی الکتریک در حالت گازی است که می‌تواند تخلیه الکتریکی را جلوگیری کند. هوای خشک، سولفور هگزافلوئوراید (SF6) و غیره نمونه‌هایی از مواد دی الکتریک گازی هستند.
گازهای دی الکتریک در عمل بدون ذرات باردار الکتریکی نیستند. وقتی یک میدان الکتریکی محیطی به یک گاز اعمال می‌شود، الکترون‌های آزاد تشکیل می‌شوند. این الکترون‌های آزاد توسط فشار الکتریکی از کاتد به آند شتاب می‌یابند.

وقتی این الکترون‌ها انرژی کافی برای ضربه زدن به الکترون‌های اتم‌ها یا مولکول‌های گاز را به دست می‌آورند و بعد از آن الکترون‌ها توسط مولکول‌ها جذب نمی‌شوند، تراکم الکترون‌ها به طور نمایی افزایش می‌یابد. در نتیجه، شکست رخ می‌دهد. چند گاز مانند SF6 به شدت متصل هستند (الکترون‌ها به شدت به مولکول متصل هستند)، بعضی به صورت ضعیف متصل هستند مانند اکسیژن و بعضی اصلا متصل نیستند مانند N2. نمونه‌هایی از گازهای دی الکتریک شامل آمونیا، هوا، دی اکسید کربن، سولفور هگزافلوئوراید (SF6)، یک اکسید کربن، نیتروژن، هیدروژن و غیره هستند. محتوای رطوبت در گازهای دی الکتریک می‌تواند خواص آن‌ها را برای عایق خوب تغییر دهد.

شکست در گازها

در واقع، این کاهش مقاومت گازهای عایق است. این زمانی رخ می‌دهد که ولتاژ اعمال شده بیشتر از ولتاژ شکست (قوی دی الکتریک) باشد. در نتیجه، گاز شروع به رسانایی می‌کند. یعنی، یک افزایش قوی ولتاژ در یک محدوده کوچک در گاز رخ می‌دهد. این محدوده افزایش قوی ولتاژ دلیل جزئی تخلیه الکتریکی ناحیه مجاور گاز و شروع رسانایی است. این به طور مقصودی در تخلیه‌های فشار پایین (در یک تصفیه‌کننده الکترواستاتیک یا در چراغ‌های فلورسنت) انجام می‌شود.

قانون پاشن تقریباً ولتاژی را که منجر به شکست الکتریکی (V = f(pd)) می‌شود تخمین می‌زند. این در واقع یک معادله است که ولتاژ شکست را به عنوان تابعی از حاصلضرب فشار و طول فاصله توضیح می‌دهد. در این حالت یک منحنی به دست می‌آید که به منحنی پاشن معروف است. منحنی پاشن برای هوا و آرگون در شکل 1 نشان داده شده است.
در اینجا، با کاهش فشار، ولتاژ شکست نیز کاهش می‌یابد و سپس به طور تدریج افزایش می‌یابد و از مقدار اولیه خود فراتر می‌رود. در فشار استاندارد، ولتاژ شکست با طول فاصله تا نقطه‌ای کاهش می‌یابد.

وقتی طول فاصله فراتر از آن نقطه کاهش یابد، ولتاژ شکست شروع به افزایش می‌کند و از مقدار اولیه خود فراتر می‌رود. در شرایط فشار بالا و طول فاصله افزایش یافته، ولتاژ شکست تقریباً متناسب با حاصلضرب دو مورد است. این تقریباً متناسب است زیرا اثرات الکترود (نامنظمی‌های میکروسکوپی الکترود ممکن است منجر به شکست شود). ولتاژ شکست گازهای دی الکتریک نیز تقریباً متناسب با چگالی است.

مکانیزم شکست

مکانیزم شکست مستقیماً به نوع گازهای دی الکتریک و قطبیت الکترودی که شکست در آن شروع می‌شود بستگی دارد. اگر شکست در کاتد شروع شود، تأمین الکترون‌های اولیه توسط خود الکترود انجام می‌شود. سپس الکترون‌ها شتاب می‌گیرند، تشکیل الکترون‌های زیاد رخ می‌دهد و این منجر به شکست می‌شود. اگر شکست در آند شروع شود، تأمین الکترون‌های اولیه توسط خود گاز انجام می‌شود. به عنوان مثال هوا و گاز SF6. یک نقطه تیز کوچک در یک گاز نیز می‌تواند دلیل شکست گاز باشد. این اتفاق می‌افتد به دلیل فرآیندهای شکست مرحله‌ای. تشکیل کرونا (یعنی تخلیه کرونا) می‌تواند به این مرتبط باشد. این در واقع یک آزادسازی کوتاه انرژی (تخلیه) است و منجر به کانال‌های گازی کم‌یونیزه می‌شود. وقتی میدان خیلی بالا است، یکی از این کانال‌ها رسانا می‌شود.

ویژگی‌های گازهای دی الکتریک

ویژگی‌های مطلوب یک ماده دی الکتریک گازی عالی به شرح زیر است:

• حداکثر قوی دی الکتریک.

• انتقال حرارت خوب.

• غیرقابل اشتعال.

• لاک پشتی شیمیایی در برابر مواد ساختاری استفاده شده.

• بی‌اثری.

• غیر سمی برای محیط زیست.

• دمای کم تبخیر.

• ثبات حرارتی بالا.

• در دسترس با هزینه کم

کاربردهای گازهای دی الکتریک

این گازها در ترانسفورماتور، لوله‌های موج رادار، برش‌کن‌های مدار، سوییچ‌گیرها، سوئیچ‌گیرهای ولتاژ بالا، سردکن‌ها استفاده می‌شوند. آن‌ها معمولاً در کاربردهای ولتاژ بالا استفاده می‌شوند.

Statement: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.