Az inhomogén szerkezetű dielektrikumok elektromos mezője, a "Young Scientist"
Bibliográfiai leírás:
Polarizációs folyamatok inhomogén dielektrikumokban középpontjában állnak sok a jelenségek a szigetelési rendszer nagyfeszültségű transzformátorok és lehetővé teszi annak értékelését állapotuk és élettartamát. Mivel a alkalmazását szigetelőanyagok különböző dielektromos tulajdonságokkal, és a jelenléte zárványok szigetelés nagyfeszültségű berendezés egy heterogén szerkezetű. A hálózati transzformátorokban inhomogenitását váltakozó rétegek szilárd (Elektrotechnikai karton) és folyékony (transzformátor olaj) szigetelés, gázzal töltött gömb alakú zárványok és mtsai. [1, p. 17].
Vizsgáljuk meg részletesebben, hogy egy külső elektromos mező megváltozik az inhomogén struktúrájú dielektrikumokban.
1. Elektromos mező kétrétegű dielektrikumban vezetővezetékek hiányában.
Kétrétegű dielektrikust helyezünk a lapos kondenzátor lemezei közé. Vessük be a jelölést: az első dielektromos réteg vastagságát. dielektromos állandó. a második rétegből. Figyelembe kell venni az ideális esetet, ha a vezetési áram hiányzik, és a dielektromos rétegek vezetőképessége nulla.
A kondenzátort egy állandó feszültségforrással csatlakoztatjuk a lemezhez. A kondenzátor lemezeken ellentétes jelek töltése jelenik meg (1. ábra), ami elektromos mezőt hoz létre. hol van a kondenzátor lemezei közötti távolság.
A dielektrikum, amely a kondenzátor lemezek által létrehozott elektromos mezőben van, polarizált és a kapcsolódó töltetek jelennek meg a határain. Ezek a díjak saját elektromos mezőt hoznak létre, amely a külső mezővel ellentétes irányba mutat, ezért gyengíteni kell. A dielektrikum rétegeiben az elektromos mezőt számítjuk ki.
Mivel a potenciális különbség a dielektrikum első rétegének határainál. a második dielektromos rétegből. és a potenciálkülönbség a kondenzátor lemezek között. az
Hagyja, hogy az elektrotechnikai karton () réteg a transzformátorolaj () vékony rétegei közé kerüljön, majd az olajrétegek elektromos mezője megegyezik. A kapott eredmény egyezik az elektromos tér értékével az elektrotechnikai karton mellett lévő egyetlen vékony olajos rétegben.
4. Elektromos tér egy háromrétegű dielektrikában, vezetőáramokkal.
Az ideális esetektől az igazi esetig haladunk, amikor a dielektromos rétegek sajátos vezetőképességgel rendelkeznek. és /. Ezután az (5) helyett két egyenletrendszert kapunk:
A (10) és (14) egyenletek rendszerének megoldása céljából három rétegű dielektrikumban villamos mezőket találhatunk. Azonban a háromrétegű dielektrikum egyenletrendszerének megoldása meglehetősen bonyolult és nehézkes, ezért csak egy speciális esetre korlátozódunk.
Tegyük réteg elektromos karton szánt olajjal töltött transzformátorok, melynek vastagsága [4], permittivitás és átlagos vezetőképesség körül mindkét oldalán vékony réteg vastagsága transzformátor olaj. dielektromos permittivitás. specifikus vezetőképesség. A differenciálegyenletek (10), (14) rendszerének megoldása egy adott konkrét esetben numerikusan megkapjuk, hogy a transzformátorolaj vékony rétegeiben az elektromos térerősség. azaz 10-szer nagyobb, mint a külső elektromos térerő.
5. Elektromos tér a gázzal töltött gömb alakú zárványokban.
Vizsgáljuk meg, hogyan változik egy külső elektromos mező a gázzal töltött gömb befogadásán belül, például egy levegő pórusban egy olajos vagy papírrétegű szigetelésben. A pórus külső határainál, a dielektromos molekulák dipol pillanatainak polarizációjával és orientációjával a külső mező mentén, a kapcsolódó töltések jelennek meg. Ezek a töltetek elektromos mezőt hoznak létre, amelynek normál komponense, amelynek intenzitása a póruson belül egyenlő és a külső mezővel együtt irányul (2. ábra). Ezért az üreg belsejében villamos mező lesz.
Mivel az a gáz, amelynél a pórus be van töltve, dielektrikum, polarizáció is van, és az üreg belső határán megjelenő töltések jelennek meg (2. Ezek a megkötött díjak elektromos mezőt hoznak létre. amelynek normál összetevõje a mezõ ellen irányul. Így lesz egy villamos mező a gáz pórusain belül.
Annak érdekében, hogy megtaláljuk az elektromos térerősséget egy gáztöltésű gömbölyítésen belül, használjuk az Equation (15) [5, p. 151]:
ahol a pórus kitöltőanyagának permittivitása a külső dielektrikum dielektromos állandója.
Hagyja, hogy a gömbös pórus levegővel teli legyen. transzformátorolajban van. akkor az elektromos tér intenzitása a pórusban van. Ha a levegővel () ellátott gömbös pórus a szigetelés papírrétegében van, akkor az elektromos térerősség a levegőben van. Így az elektromos tér intenzitása a gázzal töltött gömb befogadásánál nagyobb lesz, mint a külső elektromos tér erőssége.
Következtetés. Ellentétben a közhiedelemmel, amely szerint a dielektromos külső elektromos mező gyengül, az inhomogén szerkezetű dielektrikumokban a külső elektromos mező erősíthető. A mező irányába merőleges inhomogén dielektrikum vékony rétegeiben, valamint a gázzal töltött gömb alakú zárványokban az elektromos tér többször is meghaladhatja a külső mezőt. Ez a jelenség negatívan befolyásolja a nagyfeszültségű transzformátorok elektromos szigetelési rendszerének minőségét, és olyan nemkívánatos hibák előfordulásához vezethet, mint a részleges kisülések és az elektromos szigetelési rések meghibásodása. A szigetelés papírkomponensében lévő levegő pórusok kialakulása a levegőnyílások részleges kisülését eredményezheti, és ennek következtében a cellulózszerkezet megsemmisülése és a szigetelés károsodása.
Skanavi G.I. A dielektrikumok fizikája (gyenge mezők régiója) T. 1.-M. Állami Műszaki és Műszaki Irodalom Kiadó, 1949. - 500 p.Matveev A.N. Villamosenergia és mágnesesség. - M. High School, 1983. - 463 p.
Alapvető kifejezések (automatikusan generált). elektromos mező, elektromos mező, az elektromos térerősség, a külső villamos tér, elektromos tér, a dielektromos réteg, transzformátor olajok, elektromos ellátás, a vezetési áram az első dielektromos réteg, dielektromos rétegek, a külső villamos tér erőssége a külső villamos, gázzal töltött gömb alakú, hiánya vezetési áramok , olaj elektromos mező, dielektromos rétegek, második dielektromos réteg, transzformátorolaj rétegek, kötött töltések.