آخرین اخبار

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 می‌شود. این ماده دی‌الکتریک در حالت گازی است که می‌تواند از تخلیه الکتریکی جلوگیری کند. هوای خشک، هگزافلوئورید گوگرد (SF۶) و … نمونه‌هایی از مواد دی‌الکتریک گازی هستند.

گاز‌های عایق الکتریکی
دی الکتریک‌های گازی عملا عاری از ذرات باردار الکتریکی نیستند. هنگامی که یک میدان الکتریکی به یک گاز اعمال می‌شود، الکترون‌های آزاد تشکیل می‌شوند. 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 اتم‌ها یا مولکول‌های گازی بدست می‌آورند الکترون‌ها توسط مولکول‌ها درگیر نمی‌شوند و غلظت الکترون‌ها به صورت نمایی می‌شود و نتیجتا یک شکست اتفاق می‌افتد. گاز‌های کمی مانند SF۶ 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 (SF۶)، مونوکسید کربن، نیتروژن، هیدروژن و غیره. رطوبت موجود در گاز‌های دی الکتریک ممکن است این خواص را تغییر دهد.

شکست در گاز‌ها

منظور از شکست، افت مقاومت در گاز‌های عایق است و زمانی اتفاق می‌افتد 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 تخلیه‌های با فشار پایین (در یک رسوبگر الکترواستاتیک یا در چراغ‌های فلورسنت) انجام می‌شود. قانون پاشن [۱]ولتاژی را ایجاد می‌کند که باعث شکست الکتریکی می‌شود را تقریب می‌زند V = 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 ۱ نشان داده شده است. در اینجا، با کاهش فشار، ولتاژ شکست نیز کاهش می‌یابد و به تدریج افزایش می‌یابد 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 می‌رود. 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 می‌شود بستگی دارد. اگر شکست در کاتد آغاز شود، پس از آن تغذیه اولیه الکترون‌ها توسط خود الکترود انجام می‌شود. سپس الکترون‌ها شتاب می‌گیرند، شکل گیری تعداد زیادی الکترون رخ می‌دهد و منجر به شکست می‌شود. اگر شکست از آند شروع شود، پس از آن تغذیه الکترون‌های اولیه توسط خود گاز انجام می‌شود، به عنوان مثال گاز هوا و SF۶. 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 [۲]مربوط به این امر باشد. این پدیده در واقع یک رهاسازی (تخلیه) کوتاه مدت انرژی است و منجر به کانال‌های 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 می‌شود که معمولاً در ولتاژ بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند.