theme wordpress
ترانسفورماتور قدرتخطوط انتقال و توزیعکلید های قدرت

گازهای عایق الکتریکی یا گازهای دی‌الکتریک

 

مواد دی الکتریک اساسا عایق الکتریکی پایه و خالص هستند که با اعمال یک میدان الکتریکی قابل اندازه‌گیری، می‌توان گازهای دی‌الکتریک را قطبی کرد. خلاء، جامدات، مایعات و گازها می‌توانند یک ماده دی الکتریک باشند. گاز دی الکتریک نیز به عنوان گاز عایق نامیده می شود. این ماده دی‌الکتریک در حالت گازی است که می‌تواند از تخلیه الکتریکی جلوگیری کند. هوای خشک، هگزافلوئورید گوگرد (SF6) و غیره نمونه‌هایی از مواد دی‌الکتریک گازی هستند.

دی الکتریک‌های گازی عملا عاری از ذرات باردار الکتریکی نیستند. هنگامی که یک میدان الکتریکی به یک گاز اعمال می شود، الکترون های آزاد تشکیل می شوند. این الکترونهای آزاد در اثر نیروی الکتریکی که به آنها اعمال می‌شود از کاتد به آند شتاب می‌گیرند.

هنگامی که این الکترون‌ها انرژی کافی برای خنثی کردن الکترون اتم ها یا مولکول های گازی بدست می‌آورند الکترون ها توسط مولکول ها درگیر نمی شوند و  غلظت الکترون ها به صورت نمایی می‌شود و نتیجتا یک شکست اتفاق می‌افتد. گازهای کمی مانند SF6 دارای اتصال مولکولی قوی هستند (الکترون‌ها شدیدا به مولکول متصل هستند)، بعضی از آنها مثل اکسیژن دارای اتصال ضعیف هستند و برخی نیز مانند نیتروژن دارای هیچ‌گونه اتصالی نیستند. مثال‌هایی از گازهای دی‌الکتریک عبارتند از: آمونیاک، هوا، دی اکسید کربن، هگزا فلوراید سولفور (SF6)، مونوکسید کربن، نیتروژن، هیدروژن و غیره. رطوبت موجود در گازهای دی الکتریک ممکن است این خواص را تغییر دهد.

مقاله مرتبط:

خواص گاز SF6 در کلید های قدرت پست های GIS

انواع تست های عایقی فشار قوی

شکست در گازها

منظور از شکست، افت مقاومت در گازهای عایق است و زمانی اتفاق می افتد که ولتاژ اعمالی بیش از ولتاژ شکست (مقاومت دی الکتریک) باشد. در نتیجه این، گاز شروع به هدایت خواهد کرد. بدان معنا که افزایش ناگهانی ولتاژ در ناحیه‌ای کوچک از گاز ایجاد خواهد شد. این منطقه با ولتاژ قوی، دلیل یونیزاسیون جزئی در نزدیکی گاز است و باعث می‌شود گاز شروع به هدایت کند که به طور عمدی در تخلیه های با فشار پایین (در یک رسوبگر الکترواستاتیک یا در چراغ های فلورسنت) انجام می شود. قانون پاشن[1] ولتاژی را ایجاد می‌کند که باعث شکست الکتریکی می شود را تقریب می‌زندV = f (pd)). ) که در واقع معادله‌ای است که ولتاژ شکست را به صورت تابعی از حاصلضرب فشار و طول شکاف بیان می‌کند. در نتیجه نموداری بدست می‌آید که نمودار پاشن نامیده می‌شود. نمودار پاشن برای هوا و آرگون در شکل 1 نشان داده شده است. در اینجا، با کاهش فشار، ولتاژ شکست نیز کاهش می یابد و به تدریج افزایش می یابد تا از مقداراولیه فراتر رود. در فشار استاندارد، ولتاژ شکست با طول شکاف تا یک نقطه کاهش می‌یابد.

وقتی طول شکاف در اطراف آن نقطه کاهش یابد، ولتاژ شکست شروع به افزایش می‌کند و از مقدار اولیه‌اش فراتر می رود. ولتاژ شکست در شرایط فشار بالا و افزایش طول فاصله، کمابیش متناسب با حاصلضرب این دو است که تقریباً بدلیل اثرات الکترود متناسب است (نامنظم بودن میکروسکوپی الکترودها ممکن است باعث شکست شود). ولتاژ شکست گازهای دی الکتریک نیز تقریباً با چگالی متناسب است.

مکانیزم شکست

مکانیزم شکست مستقیماً به ماهیت گازهای دی الکتریک و قطبیت الکترود که شکست در آن آغاز می شود بستگی دارد. اگر شکست در کاتد آغاز شود، پس از آن تغذیه اولیه الکترون ها توسط خود الکترود انجام می‌شود. سپس الکترون ها شتاب می گیرند، شکل گیری تعداد زیادی الکترون رخ می‌دهد و منجر به شکست می شود. اگر شکست از آند شروع شود، پس از آن تغذیه الکترون های اولیه توسط خود گاز انجام می‌شود، به عنوان مثال گاز هوا و SF6. یک نقطه  تیز بسیار ریز در گاز ممکن است باعث ایجاد شکست در گاز گردد. این اتفاق به دلیل فرآیند مرحله به مرحله شکست حاصل می‌شود که پدیده کرونا[2] مربوط به این امر باشد. این پدیده در واقع یک رهاسازی (تخلیه) کوتاه مدت انرژی است و منجر به کانال های گازی یونیزه شده ضعیف می‌شود. وقتی میدان خیلی شدید باشد، یکی از این کانالها هدایت خواهد نمود.

خواص گازهای دی‌الکتریک

خواص ترجیحی یک ماده دی الکتریک گازی عالی به شرح زیر است:

  • حداکثر مقاومت دی الکتریک
  • انتقال گرمای خوب
  • غیرقابل احتراق
  • تغییرناپذیری شیمیایی در برابر مواد مورد استفاده.
  • بی اثری
  • عدم مسمومیت زیست محیطی
  • دمای پایین چگالش
  • ثبات حرارتی بالا
  • مقرون به صرفه بودن

کاربرد گازهای دی الکتریک

این ماده در ترانسفورماتور، موجبرهای راداری، مدار شکن‌ها، کلیدهای سوئیچینگ، کلیدزنی ولتاژ بالا و خنک کننده‌ها استفاده می شود که معمولاً در ولتاژ بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند.

[1]Paschen’s law

[2] Corona formation

محسن ترابی

مهندس برق قدرت، فوق لیسانس برق قدرت از دانشگاه سراسری یزد، موسس ماه صنعت، متخصص در ژنراتور، دیزل، طراحی و ساخت موتورهای الکتریکی، سنکرون و سیستم های حفاظت الکتریکی به خصوص حفاظت ژنراتور. دارای گواهی ثبت اختراع ساخت موتور PMSM‌ معکوس گرد. هدف از ایجاد این وبسایت و مقالات آن آموزش در راستای توسعه ی صنعت برق کشور عزیزمان ایران می باشد و سعی می کنم مقالات کاربردی در راستای این هدف در وبسایت انتشار بدهم

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

بستن
بستن