Gaasilised dielektrikud

Dielektrikute hulka kuuluvad kõik gaasid ja nende segud, nagu õhk (N-78%; O2-21%; 0,03%; H2-0,01%; Ar-0,9%) koos veeauruga. Isoleermaterjalidena leiavad kõige sagedamini kasutamist õhk, elegaas, lämmastik ja vesinik (tabel 3.2). Sageli on isoleermaterjalina kasutavatel gaasidel ka teisi funktsioone, nagu seadme või süsteemi jahutamine ja elektrikaare summutamine. Kõige sagedamini on gaasiliseks dielektrikuks õhk. Õhk on isoleermaterjaliks tavaliste õhuliini juhtmete ja mitmesuguste kõrge- ja madalpingeseadmete voolujuhtivate osade vahel. Õhk on samal ajal ka jahutavaks ja õhklülitites elektrikaart kustutavaks keskkonnaks. Õhu elektriline tugevus on suhteliselt väike, seepärast kujunevad kõrgepingeseadmetes voolujuhtivate osade vahekaugused suureks ja seetõttu ka õhkisolatsiooniga seadmete mõõtmed on suured.

Elegaasi (väävelheksafluoriid SF6 , keemiliselt püsiv temperatuurini kuni 500 °C) kasutamine võimaldab seadmete, nagu trafode ja võimsuslülitite gabariite vähendada, kuna tema elektriline tugevus on õhu vastavast näitajast ligemale 2,5 korda suurem.

 

Gaase kasutatakse:

1) kaablites

2) trafodes

3) kondensaatorites,

4) kõrgpinge võimsuslülitites,

5) elektrimasinate jahutamiseks vesinik hermeetiliselt rõhu all 3 atü,

6) gasotronides ja türotroonides inertgaasid (N, H2,) ,elavhõbeda ja naatriumi aurud.

Tabel 3.2. Elektrotehnikas kasutatavate gaaside omadusi.(TTÜ. Materjalitehnika)

Gaas

Tihedus kg/m3

El. tugevus kV/mm

Soojus-mahtuvus kJ/kg °K

Veeldumis-temp. "K

Õhk

1,29

3,0

1,01

79

Lämmastik, N2

1,25

3,0

1,06

77

Elegaas, SF6

6,39

7,2

0,62

209

Vesinik, H2

0,09

1,8

14,2

20

Neoon, Ne

0,90

0,4

1,03

27

Argoon, Ar

1,78

-

0,52

87

Krüptoon, Kr

3,47

-

0,25

120

Ksenoon, Xe

5,58

-

0,16

166

Heelium, He

0,18

0,4

5,20

4,2

Märkused:

Gaaside parameetrid on antud temperatuuril 20 °C ja normaalrõhul 101,3 kPa.

Veeldumistemperatuur on antud normaalrõhul.

Tabelis esitatud gaaside dielektriline läbitavus ε väärtus on vahemikus 1,000065(heeliumil) kuni 1,002084 (elegaasil)

. Vesinikku kasutatakse tema väikese tiheduse ja suure soojusmahtuvuse tõttu laialdaselt suurte elektrimasinate jahutamisel. Inertgaase Ne, Ar, Kr ja Xe kasutatakse peamiselt hõõg- ja gaaslahenduslampide täitmiseks ja heeliumit enamasti vedelikuna ülijuhtivuse saavutamiseks vajaliku madalatemperatuurilise keskkonna tekitamiseks.

Gaasi elektrilise tugevuse Elä kV/mm määrab pinge, mille juures tekib elektroodidevahelise gaasilise ruumi täielik ioonisatsioonimoment.
Gaaside ioonisatsiooni soodustavad

• kosmilised kiired,

• radioaktiivsus,

• päikesekiirgus,

• temperatuur, mille tulemusena suureneb gaasi elektrijuhtivus ja kasvab voolukadu dielektrikus.
Gaasi läbilöögi suurus sõltub

• gaasi koosseisust,

• rõhust,

• niiskusesisaldusest,

• temperatuurist,

• elektroodide (juhtmete) kujust ja nende omavahelisest kaugusest (joon. 7.1),

eleelektrivälja ühtlusest ja rakendatud voolu liigist: alalis või vahelduv ja voolu sagedusest (joon.7.2)
Joonis 7.1 Elektrilise tugevuse sõltuvus elektroodidevahelisest kaugusest

 


Joonis7.2.Elektrilise tugevuse sõltuvus voolu sagedusest


Joonis 7.3 Pascheni seadust illustreeriv graafik

 


Eksperimentaalselt on tõestatud, et igasuguse gaasi läbilöögipinge suurus on võrdeline gaasi rõhu p (const. temperatuuril)ja elektroodide-vahelise kauguse h korrutisega (joon. 7.3): - nn. Pasheni seadus:

U lä= A • p • h,

kus U lä- läbilöögi pinge, A - konstant, p - gaasi rõhk, h - gaasis paiknevate elektroodide kaugus.

Läbilöögi tugevus sõltub elektroodide kujust. Eriti alalisvoolu korral, olenevalt millise polaarsusega on teravik. Positiivse potentsiaaliga elektroodi korral kogunevadsellelähedusse (teraviku ümbrusse) positiivsed ioonid, mille tõttu sädelahenduse teekond nagu lüheneks, võrreldes vastupidise

polaarsusega.

 

Ebaühtlases elektriväljas tekib enne läbilööki väiksematel pingetel koroonalahendus, s.o. gaasi

ioniseerumine üksikutes väikestes piirkondades (teravikkudel, väikse raadiusega juhtmetel).

 

Pinge edasisel suurenemisel tekib kaarlahendus, st. läbilöök ja seda saadab ragin. Kuna õhu elektriline tugevus on väiksem kui tahkel dielektrikul, tekib läbilöök sageli sedaümbritsevas gaasis ja selle pinnal (joon. 7.4).

Koroonanähtusel suureneb voolu kadu, millega kaasneb särisemine ja violetne helendus.

Tulemusena dielektrik kuumeneb ja tekib osoon, mis vanandab dielektrilisi tahkeid ja vedelaid

materjale.

Kroonlahenduse ja läbilöögi tekkimise võimaluste vähendamiseks valmistatakse välisõhuliinidel ribidega isolaatorid. See tagab ülelöögi isolaatori pinnast eemal ja selle pinnal ei teki vigastusi.


Joonis 7.4 Elektriline lahendus portselanist tugiisolaatori pinnal.

 

Plastmassist isoleermaterjalide pinnal võivad tekkida voolujuhtivad tsoonid (rajad), mida mööda kulgevad kaovoolud juba madalatel pingetel. Liigpingetel tekivad kroonlahendused - nendes kohtades materjal vananeb, muutub urbseks, niiskub paremini ja mööda tekkinud rada toimub ülelöök. Selliste roomavate voolude tekkimise ohtu tuleb arvestada plastmassist isolaatorite konstrueerimisel ja valikul.


« Previous | Next »

Licensed under the Creative Commons Attribution Non-commercial Share Alike 3.0 License