Dielektrisk styrke

Dielektrisk styrke Nøkkeldata
SI-enheter V / m
Andre enheter kV / mm, MV / m
SI-base V / m
Natur intensiv
Vanlig symbol E c
Lenke til andre størrelser


Den dielektriske styrken til et isolasjonsmedium representerer den maksimale verdien av det elektriske feltet som mediet tåler før utløsningen av en elektrisk lysbue (derfor av en kortslutning). Dette er referert til som isolasjon sammenbrudd . Dette er en av de viktigste egenskapene til isolatorer.

Uttrykket forstyrrende felt brukes også, som er synonymt, men oftere brukt for å kvalifisere motstanden til en installasjon, mens begrepet dielektrisk styrke brukes mer for å kvalifisere et materiale.

Definisjon

I praksis er den dielektriske styrken definert av forholdet mellom maksimal spenning uten sammenbrudd og avstanden som skiller elektrodene som denne spenningen påføres mellom. Vi kan altså skrive:

med:

U: gitt sammenbruddsspenning (kV)

d: Avstand mellom elektroder (mm)

E c (V / m): dielektrisk styrke (den uttrykkes i V / m eller oftere i kV / mm eller MV / m).


Hvis spenningen som påføres mellom de to elektrodene er større enn den dielektriske styrken , blir ikke isolatoren lenger isolerende og det opprettes en strøm mellom de to elektrodene i form av en lysbue , dette kalles sammenbrudd . Når det oppstår et sammenbrudd i et materiale eller i en installasjon, kan dets fysiske egenskaper endres på en reversibel eller irreversibel måte. For eksempel For en kondensator når denne verdien overskrides, blir elementet ødelagt. Maksimumsverdien av den elektriske spenningen som påføres terminalene kalles kondensatorens spenning .

Eksempel

I tilfelle en høyspenningsbryter er dette den maksimale verdien av feltet som kan tåles etter at lysbuen er slukket (strømavbrudd). Hvis dielektrisk styrke er mindre enn feltet som pålegges ved å gjenopprette spenningen, oppstår en gjentenning av lysbuen, derav feil i forsøket på å avbryte strømmen.

Faktorer som påvirker verdien av dielektrisk styrke

For et gitt materiale avhenger den dielektriske styrken av flere faktorer eller parametere. Faktorene som påvirker den dielektriske styrken kan deles i to grupper: faktorer relatert til teknikken eller målemetoden , og faktorer relatert til produksjonen av materialet .

Dielektrisk styrke måling

Den dielektriske styrken til væske- og faste isolatorer måles ved å påføre en økende spenning på isolatoren til materialet brytes ned. Nedbrytningen kan oppdages visuelt eller ved en fysisk måling: enten ved å observere et spenningsfall over materialet eller ved å observere en økning i strømmen som strømmer gjennom det. Testene kan utføres i vekselstrøm, i likspenning eller i impulsspenning, avhengig av den industrielle applikasjonen som isolatorene er beregnet på.

Når det gjelder testing, er typene dielektrisk isolasjon delt inn i to kategorier: selvregenererende og ikke-selvregenererende. Førstnevnte gjenoppretter sine isolasjonsegenskaper fullt ut etter en forstyrrende utladning under en test, det gjør de andre ikke.

På grunn av de forskjellige parametrene og faktorene som påvirker verdien av dielektrisk styrke, oppstår sammenbrudd ofte ved verdier av elektriske felt som er mye lavere enn verdien av dielektrisk styrke som er forutsagt av teorien (Dette kalles indre dielektrisk styrke ). Derfor måles en dielektrisk styrke (kalt praktisk ) for industrielle anvendelser, hvis verdi er mye lavere enn den teoretiske verdien ( egen stivhet ).

Målingsteknikker for å bestemme denne dielektriske styrkeverdien er beskrevet i standarder som IEC 60243 for faste materialer, og IEC 60156 for væskeisolatorer.

Tester på solid isolasjon

For måling av den dielektriske styrken til et fast materiale , plasseres prøver av isolatoren i form av plater (på 3 mm) mellom to elektroder. Deretter påføres en økende spenning på terminalene til de to elektrodene. Når spenningsfallet (eller økningen i strømmen) har blitt observert som indikerer utbrudd i isolasjonen, utføres en ny test.

Hvis den andre nedbrytningsspenningen er betydelig lavere enn den første, blir objektet ansett som perforert, og den målte verdien er representativ for materialets dielektriske styrke . Ellers er prøven forbigått, og sammenbruddet har funnet sted i luft, og denne nedbrytningsmålingen tilsvarer ikke materialets dielektriske styrke . For å korrigere dette er to løsninger mulige: Øk diameteren på prøven, eller ta målingen i et medium som er mer isolerende enn luft (i en gass som SF6 eller et isolerende oljebad).

Når målingen er utført riktig, må operasjonen gjentas 5 ganger på identiske prøver. Gjennomsnittet av de 5 oppnådde verdiene representerer materialets dielektriske styrke .

Tester på væskeisolasjon

I motsetning til faste isolatorer er væskeisolatorer selvregenererende isolasjoner , dvs. nedbrytning ødelegger ikke materialet fullstendig, og det er derfor mulig å utføre flere tester på samme prøve. For å måle dielektrisk styrke er det tilstrekkelig å senke de to elektrodene i væskeisolatoren. Så på samme måte som for solide isolatorer økes spenningen til sammenbruddet vises. Imidlertid må det tas forholdsregler under testen, for eksempel å forhindre at isolasjonen blir forurenset av luftfuktighet eller andre partikler som kan påvirke målingen.

Når den første målingen er utført riktig, må ytterligere målinger utføres på samme prøve. Imidlertid må det tas hensyn til at mellom to målinger blir den isolerende væsken omrørt for å spre restene av forrige sammenbrudd, samtidig som det unngås dannelse av bobler inne i væsken. Det er også nødvendig å vente noen minutter mellom to tester for at væsken skal hvile (ca. 5 minutter).

Når det gjelder væskeisolatorer, er den dielektriske styrken gjennomsnittet av 6 spenningsverdier oppnådd i henhold til protokollen beskrevet ovenfor ...

Spesielt tilfelle av en gassisolator

Når det gjelder en gassisolator, avhenger den dielektriske styrken av gassens trykk, i henhold til et ikke-lineært forhold. The Act Paschen beskrevet dette forholdet. Faktisk, for et produkt med konstant trykk og avstand mellom elektroder, er den dielektriske styrken konstant. Dette er grunnen til at standardene ikke anbefaler spenningstester.

Luftens forstyrrende felt

Sammenlignende er luft en sterk isolator. Men under høye spenninger blir elektronene som utgjør atomene til luftmolekyler bokstavelig talt revet fra valensbanen for å delta i elektrisk ledning: lyn passerer deretter gjennom atmosfæren. Den mest aksepterte verdien av det luftforstyrrende feltet er:

Vi kan tolke denne formelen veldig enkelt ved å si at det i tørr luft krever en potensiell forskjell på 36.000 volt for å lage en gnist mellom to flate elektroder med en centimeter mellomrom, eller 3600 volt for å lage en gnist. Gnist mellom to elektroder med en millimeter mellomrom . Denne tolkningen er bedre kjent som " 30.000 V per cm- regel  ".

Omgivelsesfuktighet er åpenbart en viktig faktor, vann er en mye bedre leder enn gassene i luften. For luft mettet med fuktighet kan det forstyrrende feltet falle til 10.000 V per cm . Disse verdiene gjør det mulig å estimere størrelsesorden på spenningene som er involvert i lynfenomenet .

Andre dielektriske gasser

Andre gasser enn luft brukes i høyspenningsutstyr for å redusere volumet. Den svovelheksafluorid er mye brukt i høy spenning fordi dens forstyrrende felt er minst to ganger høyere enn for luft.

Spesielle egenskaper

Dielektrisk styrke fremkaller også dielektrikumet som er en isolator eller et stoff som ikke leder elektrisitet og som kan polariseres av et elektrisk felt. I de fleste tilfeller skyldes egenskapene til dielektrikumet polarisasjonen av stoffet.

Kabelskap

Vi kan også snakke om et forstyrrende felt når det gjelder elektriske kabler, der kjernen (også kalt kjernen) er skilt fra jordskjeden med en isolator. Også her fører et for høyt radielt elektrisk felt til sammenbrudd av denne isolatoren, og ødelegger kabelen irreversibelt.

Numeriske verdier

Dielektrisk styrke for noen vanlige dielektrikker
Materiale Dielektrisk styrke
(kV / mm)
Luft 3
Kvarts 8
Strontium titanat 8
Neopren 12
Nylon 14
Pyrex 14
silikonolje 15
Papir 16
Bakelitt 24
Polystyren 24
Høyt vakuum 20–40
(avhenger av elektroder)
Teflon 60
Glimmer 150
Perfekt vakuum 10 12

Merknader og referanser

  1. Claude MENGUY, "  Måling av egenskapene til faste isolasjonsmaterialer: Dielektrisk styrke av faste isolatorer  " (REFERANSEARTIKEL), Ingeniørteknikker ,10. august 1997( sammendrag )
  2. Jean-Marc BUREAU, "  Dielectric properties of polymeres: Dielectric rigidity  " (REFERENCE ARTICLE), Engineering teknikker ,10. februar 2016( sammendrag )
  3. fru. AZZI Nadia, "  Effekt av termisk aldring på dielektrisk styrke av polymetylmetarylat  " (Thesis of Magister), på sociale.ummto.dz ,4. juli 2017(åpnet 18. november 2020 ) ,s.  41
  4. Pr. Welter, “  Matériaux Dielectric  ” , på http://www-chimie.u-strasbg.fr , Institut Le Bel, 9. etasje nord (åpnet 20. november 2020 )
  5. Serge VACQUIÉ, "  Electric arc  ", tekniske teknikker ,10. mars 1986, s.  22 ( sammendrag )
  6. LABROSSE, Michel, “  Plastiques et composites: Plastiques. Standardiserte tester: Elektriske tester  », Ingeniørteknikker ,1997( ISSN  1762-8776 )
  7. Pierre Zweiacker, “  Dielectric rigidity  ” , på http://surprises.ch/ (åpnet 20. november 2020 )
  8. Jean-Michel DECROUEN og Jean-Claude BÉDIER, “  Klimatiske begrensninger. Kjemiske begrensninger  ”, ingeniørteknikker ,Desember 1995, s.  3
  9. Jacques VERDU, "  Handling vann på plast  " (referanse artikkelen), Engineering teknikker ,10. januar 2000( sammendrag )
  10. Pierre Zweiacker, “  Måling av dielektrisk styrke  ” , på http://surprises.ch/
  11. Aurélien Lambert, "  Kapittel 6 Høyspenningsmåling  " (Forelesningspresentasjon) (åpnet 26. november 2020 )
  12. https://www.elandcables.com/en , “  Hva er dielektrisk styrke?  » (Tilgang 20. november 2020 )
  13. Ait Braham Mahdi & Belkacem Marzouk, «  Studie av dielektrisk styrke av polymetylmetakrylat utsatt for termisk aldring.  » (Studieoppgavens slutt), på https://fsbsa.ummto.dz ,2009(åpnet 27. november 2020 )
  14. Hanen YAHYAOUI, "  Dielektriske egenskaper til en epoksyharpiks ladet med aluminiumoksyd under påvirkning av det kontinuerlige elektriske feltet og temperaturen  ", JCGE'2014 ,5. juni 2014( HAL  hal-01083915, versjon 1 , les online )
  15. Pierre PICARD, "  Tester i elektrisitet  ", Teknikker for ingeniøren ,10. juni 1994, s.  11 ( sammendrag )
  16. FW Peek , “  The corona law and the dielectric strength of air  ”, Proceedings of the American Institute of Electrical Engineers , vol.  30, n o  7,Juli 1911, s.  1485–1561 ( ISSN  2376-7758 , DOI  10.1109 / PAIEE.1911.6659605 , lest online , åpnet 29. juni 2021 )
  17. "  Arkivert kopi  " [ arkiv av1 st mars 2012] (åpnet 2. desember 2009 )
  18. (no) Schwinger begrenser ledning ved kvantesvingningseffekt.

Se også

Eksterne linker