ડાઇલેક્ટ્રિક તાકાત

ડાઇલેક્ટ્રિક શક્તિ તેના પર લાગુ વિદ્યુત વોલ્ટેજનો સામનો કરવા માટે ડાઇલેક્ટ્રિકની ક્ષમતા નક્કી કરે છે. તેથી, ડાઇલેક્ટ્રિકની વિદ્યુત શક્તિ એ ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની તાકાત Epr ના સરેરાશ મૂલ્ય તરીકે સમજવામાં આવે છે કે જેના પર ડાઇલેક્ટ્રિકમાં વિદ્યુત ભંગાણ થાય છે.

ડાઇલેક્ટ્રિકનું વિદ્યુત ભંગાણ એ વાહક પ્લાઝ્મા ચેનલની અનુગામી રચના સાથે, તેના પર લાગુ વોલ્ટેજની ક્રિયા હેઠળ આપેલ સામગ્રીની વિદ્યુત વાહકતામાં તીવ્ર વધારો થવાની ઘટના છે.

પ્રવાહી અથવા વાયુઓમાં વિદ્યુત ભંગાણને વિદ્યુત સ્રાવ પણ કહેવામાં આવે છે. હકીકતમાં, આવા સ્રાવ રચાય છે કેપેસિટર ડિસ્ચાર્જ વર્તમાનઇલેક્ટ્રોડ્સ દ્વારા રચાય છે જેમાં બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ લાગુ થાય છે.

આ સંદર્ભમાં, બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ Upr એ વોલ્ટેજ છે જેનાથી વિદ્યુત ભંગાણ શરૂ થાય છે, અને તેથી નીચે આપેલા સૂત્રનો ઉપયોગ કરીને ડાઇલેક્ટ્રિક તાકાત શોધી શકાય છે (જ્યાં h એ નમૂનાની જાડાઈ તોડી નાખવા માટે છે):

Epr = UNC/h

દેખીતી રીતે, કોઈપણ ચોક્કસ કિસ્સામાં બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ ગણવામાં આવતા ડાઇલેક્ટ્રિકની ડાઇલેક્ટ્રિક તાકાત સાથે સંબંધિત છે અને ઇલેક્ટ્રોડ્સ વચ્ચેના અંતરની જાડાઈ પર આધાર રાખે છે.તદનુસાર, જેમ જેમ ઇલેક્ટ્રોડ્સ વચ્ચેનું અંતર વધે છે તેમ, બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ મૂલ્ય પણ વધે છે. પ્રવાહી અને વાયુયુક્ત ડાઇલેક્ટ્રિક્સમાં, ભંગાણ દરમિયાન સ્રાવનો વિકાસ જુદી જુદી રીતે થાય છે.

વાયુયુક્ત ડાઇલેક્ટ્રિક્સની ડાઇલેક્ટ્રિક તાકાત

આયનીકરણ - તટસ્થ અણુને હકારાત્મક અથવા નકારાત્મક આયનમાં રૂપાંતરિત કરવાની પ્રક્રિયા.

ગેસ ડાઇલેક્ટ્રિકમાં મોટા ગેપને તોડવાની પ્રક્રિયામાં, એક પછી એક ઘણા તબક્કાઓ આવે છે:

1. ગેસ પરમાણુના ફોટોયોનાઇઝેશનના પરિણામે ગેસ ગેપમાં એક મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન દેખાય છે, સીધા મેટલ ઇલેક્ટ્રોડમાંથી અથવા આકસ્મિક રીતે.

2. ગેપમાં દેખાતા મુક્ત ઈલેક્ટ્રોનને વિદ્યુત ક્ષેત્ર દ્વારા વેગ મળે છે, ઈલેક્ટ્રોનની ઉર્જા વધે છે અને છેવટે તેની સાથે અથડાવા પર તટસ્થ અણુનું આયનીકરણ કરવા માટે તે પૂરતું બને છે. એટલે કે, અસર આયનીકરણ થાય છે.

3. ઘણી અસર આયનીકરણ ક્રિયાઓના પરિણામે, ઇલેક્ટ્રોન હિમપ્રપાત રચાય છે અને વિકાસ પામે છે.

4. એક સ્ટ્રીમર રચાય છે - ઇલેક્ટ્રોનના હિમપ્રપાત પછી બાકી રહેલા સકારાત્મક આયનો દ્વારા રચાયેલી પ્લાઝ્મા ચેનલ, અને નકારાત્મક, જે હવે હકારાત્મક રીતે ચાર્જ કરેલ પ્લાઝ્મામાં દોરવામાં આવે છે.

5. સ્ટ્રીમર દ્વારા કેપેસિટીવ પ્રવાહ થર્મલ આયનીકરણનું કારણ બને છે અને સ્ટ્રીમર વાહક બને છે.

6. જ્યારે ડિસ્ચાર્જ ચેનલ દ્વારા ડિસ્ચાર્જ ગેપ બંધ કરવામાં આવે છે, ત્યારે મુખ્ય સ્રાવ થાય છે.

જો ડિસ્ચાર્જ ગેપ પૂરતો નાનો હોય, તો ભંગાણ પ્રક્રિયા હિમપ્રપાતના ભંગાણના તબક્કે અથવા સ્ટ્રીમર રચનાના તબક્કે - સ્પાર્કના તબક્કે સમાપ્ત થઈ શકે છે.

વાયુઓની વિદ્યુત શક્તિ આના દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે:

• ઇલેક્ટ્રોડ્સ વચ્ચેનું અંતર;

• ડ્રિલ કરવા માટે ગેસમાં દબાણ;

• ઇલેક્ટ્રોન માટે ગેસના પરમાણુઓનું આકર્ષણ, ગેસની ઇલેક્ટ્રોનગેટિવિટી.

દબાણ સંબંધ નીચે પ્રમાણે સમજાવાયેલ છે. જેમ જેમ ગેસમાં દબાણ વધે છે તેમ તેમ તેના પરમાણુઓ વચ્ચેનું અંતર ઘટતું જાય છે. પ્રવેગક દરમિયાન, ઇલેક્ટ્રોનને ખૂબ ટૂંકા મુક્ત માર્ગ સાથે સમાન ઊર્જા પ્રાપ્ત કરવી જોઈએ, જે અણુને આયનીકરણ કરવા માટે પૂરતી છે.

આ ઉર્જા અથડામણ દરમિયાન ઇલેક્ટ્રોનની ઝડપ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે, અને ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડમાંથી ઇલેક્ટ્રોન પર કામ કરતા બળના પ્રવેગને કારણે ગતિ વિકસે છે, એટલે કે તેની તાકાતને કારણે.

પાસચેન વળાંક ઇલેક્ટ્રોડ્સ અને દબાણ વચ્ચેના અંતરના ઉત્પાદન પર ગેસમાં બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ Upr ની નિર્ભરતા દર્શાવે છે — p * h. ઉદાહરણ તરીકે, p * h = 0.7 પાસ્કલ * મીટર પર હવા માટે, બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ લગભગ 330 વોલ્ટ છે. આ મૂલ્યની ડાબી બાજુએ બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજમાં વધારો એ હકીકતને કારણે છે કે ગેસ પરમાણુ સાથે ઇલેક્ટ્રોનની અથડામણની સંભાવના ઓછી થાય છે.

ઇલેક્ટ્રોન એફિનિટી એ કેટલાક તટસ્થ અણુઓ અને ગેસ પરમાણુઓની પોતાની સાથે વધારાના ઇલેક્ટ્રોન જોડવાની અને નકારાત્મક આયન બનવાની ક્ષમતા છે. ઉચ્ચ ઇલેક્ટ્રોન એફિનિટી અણુઓવાળા વાયુઓમાં, ઇલેક્ટ્રોનેગેટિવ વાયુઓમાં ઇલેક્ટ્રોનને હિમપ્રપાત બનાવવા માટે મોટી પ્રવેગક ઊર્જાની જરૂર હોય છે.

તે જાણીતું છે કે સામાન્ય સ્થિતિમાં, એટલે કે, સામાન્ય તાપમાન અને દબાણ પર, 1 સે.મી.ના અંતરમાં હવાની ડાઇલેક્ટ્રિક શક્તિ આશરે 3000 V/mm છે, પરંતુ 0.3 MPa (સામાન્ય કરતાં 3 ગણા વધુ) ના દબાણે સમાન હવાની ડાઇલેક્ટ્રિક તાકાત 10,000 V/mm ની નજીક બને છે. SF6 ગેસ માટે, એક ઇલેક્ટ્રોનેગેટિવ ગેસ, સામાન્ય સ્થિતિમાં ડાઇલેક્ટ્રિક તાકાત આશરે 8700 V/mm છે. અને 0.3 MPa ના દબાણ પર, તે 20,000 V / mm સુધી પહોંચે છે.

પ્રવાહી ડાઇલેક્ટ્રિક્સની ડાઇલેક્ટ્રિક તાકાત

લિક્વિડ ડાઇલેક્ટ્રિક્સની વાત કરીએ તો, તેમની ડાઇલેક્ટ્રિક તાકાત તેમની રાસાયણિક રચના સાથે સીધી રીતે સંબંધિત નથી. અને મુખ્ય વસ્તુ જે પ્રવાહીમાં સડોની પદ્ધતિને અસર કરે છે તે ગેસની તુલનામાં તેના પરમાણુઓની ગોઠવણી ખૂબ જ નજીક છે. અસર આયનીકરણ, વાયુઓની લાક્ષણિકતા, પ્રવાહી ડાઇલેક્ટ્રિકમાં અશક્ય છે.

અસર આયનીકરણ ઊર્જા આશરે 5 eV છે, અને જો આપણે આ ઊર્જાને ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની મજબૂતાઈ, ઇલેક્ટ્રોન ચાર્જ અને સરેરાશ મુક્ત માર્ગ, જે લગભગ 500 નેનોમીટર છે, તેના ઉત્પાદન તરીકે વ્યક્ત કરીએ, અને પછી તેમાંથી ડાઇલેક્ટ્રિક તાકાતની ગણતરી કરીએ, તો આપણે 10,000,000 V/mm મેળવો, અને પ્રવાહી માટે વાસ્તવિક વિદ્યુત શક્તિ 20,000 થી 40,000 V/mm સુધીની હોય છે.

પ્રવાહીની ડાઇલેક્ટ્રિક શક્તિ વાસ્તવમાં તે પ્રવાહીમાં ગેસની માત્રા પર આધારિત છે. ઉપરાંત, ડાઇલેક્ટ્રિક તાકાત ઇલેક્ટ્રોડ સપાટીઓની સ્થિતિ પર આધાર રાખે છે કે જેના પર વોલ્ટેજ લાગુ થાય છે. પ્રવાહીમાં ભંગાણ નાના ગેસ પરપોટાના ભંગાણ સાથે શરૂ થાય છે.

ગેસમાં ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંક ઘણો ઓછો હોય છે, તેથી બબલમાં વોલ્ટેજ આસપાસના પ્રવાહી કરતાં વધુ હોય છે. આ કિસ્સામાં, ગેસની ડાઇલેક્ટ્રિક શક્તિ ઓછી છે. બબલ ડિસ્ચાર્જ બબલ વૃદ્ધિ તરફ દોરી જાય છે અને આખરે બબલ્સમાં આંશિક ડિસ્ચાર્જના પરિણામે પ્રવાહી વિભાજન થાય છે.

પ્રવાહી ડાઇલેક્ટ્રિક્સમાં બ્રેકડાઉન ડેવલપમેન્ટ મિકેનિઝમમાં અશુદ્ધિઓ મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ટ્રાન્સફોર્મર તેલનો વિચાર કરો. વાહક અશુદ્ધિઓ તરીકે સૂટ અને પાણી ડાઇલેક્ટ્રીક શક્તિ ઘટાડે છે ટ્રાન્સફોર્મર તેલ.

પાણી સામાન્ય રીતે તેલ સાથે ભળતું નથી, તેમ છતાં, ઇલેક્ટ્રીક ફિલ્ડની ક્રિયા હેઠળ તેલમાં તેના સૌથી નાના ટીપાં ધ્રુવીકરણ કરે છે, આસપાસના તેલની તુલનામાં વધેલી વિદ્યુત વાહકતા સાથે સર્કિટ બનાવે છે, અને પરિણામે, સર્કિટ સાથે તેલ ભંગાણ થાય છે.

પ્રયોગશાળાની પરિસ્થિતિઓમાં પ્રવાહીની ડાઇલેક્ટ્રિક શક્તિ નક્કી કરવા માટે, ગોળાર્ધના ઇલેક્ટ્રોડ્સનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, જેની ત્રિજ્યા તેમની વચ્ચેના અંતર કરતાં અનેક ગણી વધારે છે. ઇલેક્ટ્રોડ્સ વચ્ચેના અંતરમાં એક સમાન ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર બનાવવામાં આવે છે. સામાન્ય અંતર 2.5 મીમી છે.

ટ્રાન્સફોર્મર તેલ માટે, બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ 50,000 વોલ્ટથી ઓછું ન હોવું જોઈએ, અને તેના શ્રેષ્ઠ નમૂનાઓ 80,000 વોલ્ટના બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ મૂલ્યમાં અલગ પડે છે. તે જ સમયે, યાદ રાખો કે અસર આયનીકરણ સિદ્ધાંતમાં આ વોલ્ટેજ 2,000,000 - 3,000,000 વોલ્ટ હોવું જોઈએ.

તેથી, પ્રવાહી ડાઇલેક્ટ્રિકની ડાઇલેક્ટ્રિક તાકાત વધારવા માટે, તે જરૂરી છે:

• કોલસો, સૂટ, વગેરે જેવા ઘન વાહક કણોમાંથી પ્રવાહીને સાફ કરો;

• ડાઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહીમાંથી પાણી દૂર કરો;

• પ્રવાહીને જંતુમુક્ત કરો (ખાલી કરો);

• પ્રવાહી દબાણ વધારો.

ઘન ડાઇલેક્ટ્રિક્સની ડાઇલેક્ટ્રિક તાકાત

નક્કર ડાઇલેક્ટ્રિક્સની ડાઇલેક્ટ્રિક તાકાત તે સમય સાથે સંબંધિત છે જે દરમિયાન બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ લાગુ થાય છે. અને જ્યારે વોલ્ટેજ ડાઇલેક્ટ્રિક પર લાગુ થાય છે તેના આધારે, અને તે સમયે થતી ભૌતિક પ્રક્રિયાઓ પર, તેઓ તફાવત કરે છે:

• વિદ્યુત નિષ્ફળતા કે જે વોલ્ટેજ લાગુ થયા પછી સેકંડના અપૂર્ણાંકમાં થાય છે;

• થર્મલ પતન જે સેકન્ડો અથવા કલાકોમાં થાય છે;

• આંશિક ડિસ્ચાર્જને કારણે બ્રેકડાઉન, એક્સપોઝરનો સમય એક વર્ષથી વધુ હોઈ શકે છે.

નક્કર ડાઇલેક્ટ્રિકના ભંગાણની પદ્ધતિમાં પદાર્થના પ્લાઝ્મામાં રૂપાંતર સાથે લાગુ વોલ્ટેજની ક્રિયા હેઠળ પદાર્થમાં રાસાયણિક બોન્ડના વિનાશનો સમાવેશ થાય છે. એટલે કે, આપણે ઘન ડાઇલેક્ટ્રિકની વિદ્યુત શક્તિ અને તેના રાસાયણિક બોન્ડની ઊર્જા વચ્ચેના પ્રમાણ વિશે વાત કરી શકીએ છીએ.

સોલિડ ડાઇલેક્ટ્રિક્સ ઘણીવાર પ્રવાહી અને વાયુઓની ડાઇલેક્ટ્રિક શક્તિ કરતાં વધી જાય છે, ઉદાહરણ તરીકે, ઇન્સ્યુલેટીંગ ગ્લાસમાં લગભગ 70,000 V/mm, પોલિવિનાઇલ ક્લોરાઇડ - 40,000 V/mm, અને પોલિઇથિલિન - 30,000 V/mm છે.

થર્મલ બ્રેકડાઉનનું કારણ ડાઇલેક્ટ્રિકની ગરમીમાં રહેલું છે ડાઇલેક્ટ્રિક નુકશાનજ્યારે પાવર લોસ એનર્જી ડાઇલેક્ટ્રિક દ્વારા દૂર કરવામાં આવેલી ઊર્જા કરતાં વધી જાય છે.

જેમ જેમ તાપમાન વધે છે, વાહકોની સંખ્યા વધે છે, વાહકતા વધે છે, નુકશાન કોણ વધે છે, અને તેથી તાપમાન પણ વધુ વધે છે અને ડાઇલેક્ટ્રિક તાકાત ઘટે છે. પરિણામે, ડાઇલેક્ટ્રિકની ગરમીને કારણે, પરિણામી નિષ્ફળતા હીટિંગ વિના ઓછા વોલ્ટેજ પર થાય છે, એટલે કે, જો નિષ્ફળતા સંપૂર્ણપણે ઇલેક્ટ્રિકલ હતી.