STRAPUNGEREA DIELECTRICILOR

STRAPUNGEREA DIELECTRICILOR

Strapungerea dielectricilor este fenomenul prin care se realizeaza distrugerea retelei materialelor solide, descompunerea prin ionizare a lichidelor, sau ionizare in avalansa a gazelor, avand ca urmare trecerea directa a curentului de la un electrod la altul prin masa dielectricului.

Atat procesul in sine al strapungerii cat si factorii care il influenteaza depind deci de starea de agregare a dielectricului. In general insa, pentru orice dielectric asezat intre doua armaturi metalice (fig. 1.31) se constata ca prin marirea tensiunii aplicate (U), curentul creste proportional pana la o valoare critica (U_C) a acesteia, dupa care la valoarea (U_S) tinde spre infinit.

Figura 1.31. Strapungerea materialelor electroizolante

Unghiul format de tangenta la curba [I = f(U)], creste intre (U_C) si (U_S) incat la (U = U_S) se obtine (tg a ). Cum tangenta la curba este:

(1.136)

rezulta ca (R = 0), adica conductanta dielectricului este nelimitata. Curentul in circu­i­tul dielectricului este limitat numai de parametrii sursei de alimentare. Tensi­unea (U_S) se numeste tensiune de strapungere. Raportul intre tensiunea de strapungere U_S [kV efectiv] si grosimea (d) a dielectricului (sau distanta dintr electrozi in cazul gazelor si lichidelor constituie rigiditatea dielectrica:

[kV/m], [kV/cm], [kV/mm] (1.137)

care poate reprezenta o constanta de material daca este determinata in conditii experi­mentale reproductibile. In acest  sens se cauta o apropiere cat mai mare de conditiile ideale in care s‑ar determina o rigiditate dielectrica intrinseca. Aceste conditii sunt:

– camp electric uniform

– frecventa de 50 Hz

– temperatura constanta

– grosimea dielectricului si suprafata sa sa fie suficient de mari pentru a se ob­tine suficienti purtatori de sarcina, astfel ca determinarea sa conduca totdeauna la aceleasi rezultate.

In practica insa nu pot fi respectate conditiile ideale si de aceea se accepta aba­teri in anumite limite, iar marimea determinata se numeste rigiditate dielectrica teh­nica (E_S).

Imposibilitatea indeplinirii conditiilor ideale ladeterminarea rigiditatii dielec­tri­ce este datorata mai multor factori ce influenteaza strapungerea dielectricului.

Cei mai importanti dintre acestia factori sunt:

– frecventa, forma si durata de aplicare a tensiunii.

– omogenitatea, umiditatea si grosimea probei.

– continutul de incluziuni de gaze.

– presiunea, temepratura si umiditatea mediului ambiant.

– dimensiunile si conductivitatea termica a electrozilor.

– prezenta elementelor de contaminare a dielectricului.

Referitor la forma tensiunii aplicate dielectricului la incercarea de strapungere, sunt stabilite norme pentru diferitele categorii de produse electromagnetice. Astfel incercarea izolatiei masinilor electrice si transformatoarelor se obisnuieste a se face cu impulsuri de tensiune de forma impusa, cum ar fi de exemplu cel din fig. 1.32.

Figura 1.32. Presiunea de incercare a masinilor si transformatoarelor electrice.

Cablurile se incearca la tensiunecontinua, iar aparatajul de inalta tensiune la tensiune alternativa cu frecventa de 50 Hz. Atat tensiunea continua cat si cea alterna­tiva pot fi aplicate dielectricului prin cresterea continua cu o viteza prestabilita, sau in trepte de tensiuni cu o anumita durata de pastrare a dielectricului sub tensiune sub ten­siune dupa fiecare treapta. Cand durata de aplicare a tensiunii este scurta (impuls sau reglare continua) se determina rigiditatea dielectrica prin strapungerea la scurta durata care este in general o strapungere pur electrica, deoarece dielectricul nu se incalzeste sub actiunea campului electric aplicat. Daca aplicarea tensiunii este de du­ra­ta mai lunga (tensiune aplicata in trepte), din cauza incalzirii dielectricului, apare pe langa strapungerea electrica si o strapungere termica, care fiind cumulative de­termina o tensiune de strapungere mai mica decat in primul caz. Sub actiunea campu­lui electric pot avea loc si efecte chimice in masa dielectricului care sa duca la creste­rea numarului de purtatori de sarcina, astfel ca strapungerea se produsese si in acest caz la tensiune mai mica decat la cea pur electrica.

In general strapungerea poate avea un caracter mixt datorandu‑se unor cauze multiple.

Dupa natura proceselor care determina strapungerea dielectricilor, criteriul care impune in studiul rigiditatii dielectrice, il constituie starea de agregare.