Gaz diélectriques

Les matériaux diélectriques sont essentiellement des isolants électriques purs. En appliquant un champ électrique raisonnable, les gaz diélectriques peuvent être polarisés. Le vide, les solides, les liquides et les gaz peuvent être des matériaux diélectriques. Un gaz diélectrique est également appelé gaz isolant. C'est un matériau diélectrique à l'état gazeux qui peut empêcher le décharge électrique. L'air sec, l'hexafluorure de soufre (SF6) etc. sont des exemples de matériaux diélectriques gazeux.
Les diélectriques gazeux ne sont pas pratiquement exempts de particules chargées électriquement. Lorsqu'un champ électrique périphérique est appliqué à un gaz, des électrons libres se forment. Ces électrons libres sont accélérés du cathode à l'anode par la pression électrique qui exerce une force sur eux.

Lorsque ces électrons atteignent une énergie suffisante pour frapper les électrons des atomes ou des molécules de gaz, puis que les électrons ne sont pas retenus par les molécules, la concentration d'électrons commence à augmenter exponentiellement. En conséquence, une rupture se produit. Certains gaz comme le SF6 sont fortement attachés (les électrons sont fortement attachés à la molécule), certains sont faiblement attachés, par exemple l'oxygène, et d'autres ne sont pas du tout attachés, par exemple le N2. Des exemples de gaz diélectriques sont l'ammoniac, l'air, le dioxyde de carbone, l'hexafluorure de soufre (SF6), le monoxyde de carbone, l'azote, l'hydrogène, etc. La teneur en humidité des gaz diélectriques peut modifier leurs propriétés pour être un bon diélectrique.

Rupture dans les gaz

Il s'agit en réalité d'une chute de la résistance des gaz isolants. Cela se produit lorsque la tension appliquée augmente au-delà de la tension de rupture (force diélectrique). En conséquence, le gaz commence à conduire. C'est-à-dire qu'il y aura une forte augmentation de tension dans une petite zone du gaz. Cette zone de forte augmentation de tension est la cause de l'ionisation partielle du gaz voisin et déclenche la conduction. Ceci est fait intentionnellement dans les décharges à basse pression (dans un précipiteur électrostatique ou dans les lampes fluorescentes).

La loi de Paschen approxime la tension qui provoque la rupture électrique (V = f(pd)). Il s'agit en réalité d'une équation qui explique la tension de rupture en fonction du produit de la pression et de la longueur de l'interstice. Une courbe est obtenue, appelée courbe de Paschen. La courbe de Paschen pour l'air et l'argon est représentée à la figure 1.
Ici, lorsque la pression diminue, la tension de rupture diminue également, puis augmente progressivement jusqu'à dépasser la valeur initiale. À la pression standard, la tension de rupture diminue avec la longueur de l'interstice jusqu'à un certain point.

Lorsque la longueur de l'interstice est réduite au-delà de ce point, la tension de rupture commence à augmenter et dépasse sa valeur initiale. Dans des conditions de haute pression et de longueur d'interstice accrue, la tension de rupture est plus ou moins proportionnelle au produit des deux. C'est approximativement proportionnel en raison des effets des électrodes (les irrégularités microscopiques des électrodes peuvent causer la rupture). La tension de rupture des gaz diélectriques est également approximativement proportionnelle à la densité.

Mécanisme de rupture

Le mécanisme de rupture dépend directement de la nature des gaz diélectriques et de la polarité des électrodes où la rupture commence. Si la rupture commence au cathode, alors l'approvisionnement en électrons initiaux est assuré par l'électrode elle-même. Les électrons seront alors accélérés, de nombreux électrons se formeront, entraînant la rupture. Si la rupture commence à l'anode, alors l'approvisionnement en électrons initiaux est assuré par le gaz lui-même. Par exemple, l'air et le gaz SF6. Un petit point aigu dans un gaz peut également être la cause de la rupture de l'interstice de gaz. Cela se produit en raison de processus de rupture progressifs. La formation de corona (c'est-à-dire décharge de corona) peut être liée à cela. Il s'agit en réalité d'une libération d'énergie courte (décharge) et cela entraîne des canaux de gaz faiblement ionisés. Lorsque le champ est trop élevé, l'un de ces canaux conduira.

Propriétés des gaz diélectriques

Les propriétés préférables d'un excellent matériau diélectrique gazeux sont les suivantes :

• Résistance diélectrique maximale.

• Bonne transfert de chaleur.

• Incombustible.

• Indifférence chimique face aux matériaux de construction utilisés.

• Inertie.

• Non toxique pour l'environnement.

• Température de condensation faible.

• Haute constance thermique.

• Disponible à moindre coût.

Applications des gaz diélectriques

Ils sont utilisés dans les transformateurs, les guides d'ondes radar, les disjoncteurs, les tableaux de distribution, le commutage haute tension, les fluides de refroidissement. Ils sont généralement utilisés dans les applications haute tension.

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