Dielektriska gaser

Electrical4u

Fält: Grundläggande elteknik

China

Vad är dielektriska gaser

Dielektriska material är i grund och botten rena och grundläggande elektriska isolatorer. Genom att tillämpa ett rimligt elektriskt fält kan dielektriska gaser polariseras. Vakuum, fasta ämnen, vätskor och gaser kan vara dielektriska material. En dielektrisk gas kallas också för en isolerande gas. Det är ett dielektriskt material i gasform som kan förhindra elektrisk utsläppning. Torr luft, svavelsyxafluorid (SF6) etc. är exempel på gasformiga dielektriska material.
Gasformiga dielektriker är inte praktiskt taget fria från elektriskt laddade partiklar. När ett perifert elektriskt fält tillämpas på en gas bildas fria elektroner. Dessa fria elektroner accelereras från katod till anod av det elektriska trycket som utövar en kraft på dem.

När dessa elektroner uppnår tillräcklig energi för att slå bort elektroner från gasens atomer eller molekyler och sedan inte är involverade av molekylerna, börjar elektrokonsentrationen bygga upp sig exponentiellt. Som en följd uppstår nedbrytning. Några gaser som SF6 är starkt bundna (elektronerna är starkt bundna till molekylen), vissa är svagt bundna, t.ex. syre, och vissa är inte alls bundna, t.ex. N2. Exempel på dielektriska gaser är ammoniak, luft, koldioxid, svavelsyxafluorid (SF6), kolmonoxid, kväve, väte etc. Fuktighetsinnehållet i dielektriska gaser kan ändra egenskaperna för att bli ett bra dielektriskt material.

Nedbrytning i gaser

Detta är faktiskt en minskning av motståndet hos de isolerande gaserna. Detta inträffar när det tillämpade spänningen ökar mer än den kritiska spänningen (dielektriska styrkan). Som en följd av detta börjar gasen att ledare. Det vill säga, det kommer att finnas en stark spänningsökning i ett litet område i gasen. Detta område med stark spänningsökning är orsaken till partiell jonisering av närliggande gas och startar ledningsförmågan. Detta görs avsiktligt vid lågtrycksutsläpp (i en elektrostatisk fallapparat eller i fluorescentlampor).

Paschens lag approximerade spänningen som orsakar elektrisk nedbrytning (V = f(pd)). Detta är faktiskt en ekvation som beskriver nedbrytningsspänningen som en funktion av produkten av tryck och avstånd. I det erhålls en kurva, denna kallas Paschens kurva. Paschens kurva för luft och argon visas i figur 1.
Här, när trycket minskas, minskar också nedbrytningsvoltagen och ökar sedan gradvis vilket överstiger det ursprungliga värdet. Vid standardtryck minskar nedbrytningsvoltagen med avståndet mellan kontakterna upp till en punkt.

När avståndet mellan kontakterna minskar bortom denna punkt börjar nedbrytningsvoltagen öka och överstiger sitt ursprungliga värde. Vid högt tryck och ökat avstånd mellan kontakterna är nedbrytningsvoltagen mer eller mindre proportionell mot produkten av de två. Detta är ungefär proportionellt p.g.a. elektrod effekter (mikroskopiska ojämnigheter på elektroder kan orsaka nedbrytning). Nedbrytningsvoltagen för dielektriska gaser är också ungefär proportionell mot densitet.

Nedbrytningsmekanism

Mekanismen för nedbrytning beror direkt på naturen av de dielektriska gaserna och elektrodernas polaritet där nedbrytningen börjar. Om nedbrytningen börjar vid katoden, så levererar elektroden själv de initiella elektroner. Sedan accelereras elektronerna, bildas många elektroner och det resulterar i nedbrytning. Om nedbrytningen börjar vid anoden, så levererar gasen själv de initiella elektroner. Till exempel luft och SF6-gas. Ett litet skarpt spets i en gas kan också vara orsaken till nedbrytning av gasgapet. Detta inträffar som en följd av stegvisa nedbrytningsprocesser. Koronaformation (dvs. koronautsläpp) kan relateras till detta. Det är faktiskt en kort energisläppning (utsläpp) och det resulterar i svagt joniserade gaskanaler. När fältet är för högt kommer en av dessa kanaler att ledare.