STRAPUNGEREA DIELECTRICILOR SOLIZI

STRAPUNGEREA DIELECTRICILOR SOLIZI.

In paragrafele anterioare s‑a dedus ca dielectricii solizi, la intensitati mari ale campului electric (pes­te 10⁴ [v/m]) prezinta pe langa conductibilitatea ionica si una electronica, incat conductivitatea (s) este functie si de intensitatea campului electric conform legii lui Poole. Peste valori de 10⁵ - 10^-7 [v/m] se relaizeaza strapungerea dielectricului fie pe cale pur electrica fie pe cale electrica si termica. Prin strapungere se produce distrugerea retelei atomice a solidului si formarea unui canal liber de la o armatura metalica la alta. Daca dielectricul este considerat intre doua armaturi metali­ce ca in fig. 1.29 (in practica totdeauna dielectricul separa parti metalice aflate la di­fe­­rente de potential foarte mari), cand in masa sa se constituie cai, de la o armatura la alta, cu conductivitate mai mare decat cea normala se produc incalziri locale exce­sive si strapungerea devine iminenta. In functie de puterea sursei de alimentare stra­pun­ge­rea are loc sub forma de scanteie sau arc electric.

Este convenabil, pentru intelegerea procesului strapungerii, ca cele doua feluri de strapungere pur electrica si termica sa fie considerate si studiate separat.

Strapungerea pur electrica se realizeaza, la incercari de scurta durata cand di­electricul nu‑si modifica temperatura sub actiunea campului electric exterior.

Dis­tru­gerea retelei atomice si realizearea strapungerii poate avea loc numai sub actiunea fortelor, datorate campului electric, capabile sa echilibreze si sa desavarseas­ca forta de coeziune dintre ionii retelei.

Strapungerea termica apare si se se suprapune peste cea pur electrica daca dielectricul se incalzeste sub actiunea campului electric (asa cum este totdeauna in exploatare). Ca urmare tensiunea de strapungere termica este mai mica decat cea pur electrica. De aceea in aplicatiile practice si in proiectare trebuie sa fie luata in consi­de­ra­re tensiunea de strapungere si nu cea pur electrica.

Pentru deducerea tensiunii de strapungere termica s‑au adoptat diferite cai pe baza unor ipoteze mai mult sau mai putin indreptatite. Ca urmare au fost obtinute rezultate partial confirmate de experienta, sau alteori chiar in contractie cu aceasta.

Factorii care influenteaza rigiditatea dielectricilor solizi se determina expe­rimental si se explica pe baza studiilor teoretice similar cazurilor precedente. Experi­mental s‑a observat ca la grosimi mici (portiunea rectilinie a curbei), rigiditatea nu variaza cu grosimea dielectricului (U_S/d = const.). La grosimi mari insa rigiditatea scade cu cresterea grosimii (d) deoarece (U_S = const.).

Frecventa nu duce la scaderea tensiunii de strapungere termica in raport cu (), ci asa cum rezulta din practica reducerea este mai mica decat cres­te­rea frec­ven­tei. Pentru frecventele de 50 Hz si 10⁶ Hz, raportul lor fiind (1/140), tensiunea de strapungere termica nu scade in acest raport ci de (10-20) de ori mai putin (decat in­dica raportul) conform datelor experimentale.

Dependenta de temepratura a rigiditatii dielectrice rezulta din dependenta tensi­unii de strapungere termica de temperatura si frecventa, iar in curent alternativ totdea­una rigiditatea scade cu cresterea tem­peraturii. In curent alternativ, cu cresterea frec­ventei se constata ca trecerea de la strapungerea electrica la cea termica are loc la tem­peraturi tot mai scazute, asa cum se arata in fig. 1.41 pentru sticla cu grosimea de (0,04 mm). Aceasta este datorita cresterii pierderilor in dielectric cu frecventa, ceea ce contribuie la dezvoltarea strapungerii termice in mai mare masura decat a celei pur electrice.

Figura 1.41. Influenta frecventei asupra temperaturii de trecere de la strapungerea electrica la strapungerea termica.

Pentru unele materiale solide se constata influenta a neuniformitatii campului electric asupra rigiditatii. Pentru dielectricii omogeni rigiditatea se reduce de cateva ori la camp electric neuniform in raport cu strapungerea in cimp uniform.

Rigidita­tea dielectrica ca o constanta de material este indicata, pentru conditii date, pentru fiecare dielectric ca in exemplele din tabelul urmator sunt cuprinse rezul­tatele obtinute in curent alternativ la frecventa de 50 Hz si temperatura de 20 [°C].

Se remarca doua cazuri deosebite, la acelasi material, in urma efectuarii unei operatii de imbunatatire a caracteristicilor dielectricului. Astfel hartia de cablu prin impregnare isi mareste rigiditatea de la (70~100) la (1000~1500) [kV/cm], iar uleiul transformator prin purificare, isi mareste rigiditatea de la (40~50) la (200~300) kV/cm. Materialele poroase, cum este hartia, desi prezinta strapungere prin ionizarea aerului prin pori, rigiditatea sa in stare neimpregnata este mai mare decat cea a aeru­lui. Acesta se atribuie faptului ca sectiunea arcului la descarcare in timpul strapunge­rii necesita intensitatea de camp cu atat mai mare cu cat ea este mai mica. In materia­le­le poroase sectiunea canalului de arc este uneori mult mai mica decat 1 [mm²] care corespunde descarcarii in aer in conditii normale si prin urmare strapungerea se reali­zea­za la o tensiune mai mare, deci rigiditatea este mai mare decat in cazul aerului.

Avantajul materialelor poroase il constituie insa posibilitatea lor de impregnare cu rasini sub forma de lacuri, eliminandu‑se astfel porozitatile, ceea ce confera mater­ia­lului o rigiditate dielectrica de cateva ori (sau de zeci de ori) mai mare.

Tabelul 1.1. Rigiditatea dielectrica a unor materiale electroizolante.