Газтәріздес диэлектриктер
Газтәріздес диэлектриктердің арасында жалпыға бірдей таралған электрлік құрылғылардың құрамына кіретін және ол жерді электр оқшаулағыштың ролін атқаратын қосымша қатты және сұйық электр оқшаулағыш материалдарда ауа болуы тиіс. Электр қондырғыларының жеке бөліктерінде мысалы электр берілісінің ауа желілерінде, тіректердің аралығында, оқшауланбаған тартылымдардың арасында ауа бірден-бір негізгі оқшаулағыш болып табылады. Жеткіліксіз дәрежеде ылғалдандырмағандықтан электр машиналарында, сымдарда, конденсаторларда оқшаулануын әуелік қосылулар қалып қалуы мүмкін, жиі жоғары жұмыс кернеуінде оқшаулау ионизацияның пайда болуын тудыруы мүмкін.
Ауаның электроқшаулағыш қасиеттері жайлы ертеректе қарастырылған болатын, ал жалпы оның физика-химиялық қасиеттері физика химия курсынан белгілі, бұл сұрақтарға толығырақ тоқталудың қажеттілігі жоқ. Практикаға қажет болатын кейбір газдарды қысқаша қарастырайық.
7.1 кестеде ауаның қасиеттері және кейбір техникада кең қолданылатын газдар келтірілген, сонымен қатар электртехникалық қондырғыларда үлкен мағына білдіретін, төмен қысымда жұмыс істейтін қасиеттерін жоятын газдардың қасиеттері де келтірілген (криоэлектротехника құрылымдары деп аталатын).
Басқа тең шарт кезінде (біркелкі қысым және температура жағдайында, электрод түрінде, олардың араларында) әртүрлі газдарда электрлік беріктік мағынасы айқын болуы мүмкін. Азот іс жүзінде электрлік беріктігі ауа секілді. Газдық конденсаторларды ауаның электрлік қасиеттеріне ұқсас болғандықтан, құрамында оттегі кислород жоқ болғандықтан ауаның орнына толтырған кезде сирек қолданылады және басқа мақсаттарда қолданады. Бірақ та кейбір үлкен молекулалық массаға ие галогенді байланыс құрайтын (фтор, хлор) газдар үлкен энергия қажет ететін ионизация үшін ауамен салыстырғанда электрлік беріктігі жоғары.
Кесте 7.1 — Газдардың қасиеттері
Сурет 7.1 — Өткір кернеу (түпкілікті кернеу немесе айнымалы кернеудің амплитудалық мағыналары) элегаздағы (қисық 1) және ауада (қисық 2)) газдың абсолюттік қысымының тәуелділігі. Бірыңғай дала, электродтардың арақашықтығы 3,8 мм.
Сурет 7.2 — Өткір кернеу (50 гц, қолданыстағы мағынаның жиілігінде) арада тең C7F14 (қисық 1), ара SF6 (қисық 2) және ауада(қисық 3) абсолютті қысымның тәуелділігі
Электродтар – шеңберінің диаметрі 12,5 мм, олардың арақашықтығы 5 мм. Орта дәрежесінің трансформаторлық майының өткір кернеуінің қалыпты атмосфералық қысым электроды. Cонымен, SF6 күкірттің гексафториді (алтыфторлы күкірт) электрлік беріктігі шамамен 2,5 есе жоғары, ауаға қарағанда; соған байланысты күкірттің гексафториді осы газды тұңғыш рет зерттеген советтік ғалым Б. М. Гохбергтің есімімен аталды («электр» және «газ» деген сөздерден қысқартылған).
7.1 суретте 2 металл дискті электродтардың өткір кернеудің мағыналары жабық аймақтармен шектелген ауада және элегазда газдың абсолютті қысымның тәуелділігі. 7.1 кестеден келтірілгендей, элегаз шамамен 5,1 есе ауадан ауыр және төмен қайнауға ие болады; 2 Мпа қысымға дейін (бір қалыпты қызуда) жетуі мүмкін. Элегаз токсикасы төмен, химиялық ұстамды, 800° дейін қыздырғанда ыдырамайды, электржинағышта, кәбілдерде табыспен пайдалануға болады, элегаз артықшылықтары жоғарғы қысымдарда (7.2 сурет) айрықша.
Дихлоридфторметан CCl_2 F_2 — хладон–12 деп аталады, салқындатқыш ретінде қолданады, электрлік беріктігі элегаздыкіне жуық., бірақ оның қайнау температурасы 242,7 К. (-30,5 °С), 0,6 МПа жетуі мүмкін қалыпты температурада. Хладон-12 біреудің қатты органикалық электроизоляцияның материалының коррозиясын шақыртады, электр тоңазытқыш конструкциялауда байқалады.
Көптеген перфторировалық көмірсутектер, фторланған сутегінің барлық атомдары молекулаларында фтордың атомымен ауыстырылған, қалыпты шарт бойынша ортақ құрамы C_x F_v газдар болып табылады (айталық, CF_4, C_2 F_8, C_3 F_8, C_4 F_8, C_4 F_10) немесе сұйықтықтармен (айталық, C_7 F_8, C_7 F_11, C_3 F_16, C_14 F_24) болып табылады. Бұл газдардың кейбірінің электрлік беріктігі сонымен қатар, сұйықтықтың жұбы ауаның электр беріктігіне асырады. 7.2 сурет көрсетілгендей фторқұрайтын газдардың электр беріктігі қалыпты шарттардағы тәртіп бойынша солай болуы мүмкін, электроқшаулағыш сұйықтықтардан электрлік беріктігі сияқты;
Сұйық диэлектриктермен салыстырғанда қарастырып отырған газдар мынадай артықшылықтарға ие, ең кіші нығыздық (бұл газбен толтырылған аппараттың массасының үлкеюіне алып келетін), өте үлкен қызу ұстамдылыққа және қызуды ескіруіне алып келеді. Тіпті шағын қоспа элегаз ауасына, фреон, перфторорганикалық газдардың немесе электрлік беріктігі жоғары кернеуде пайдаланылатын электрлік беріктігін жоғарылатады. Электртехника үшін сутегінің маңызы зор. Ол — өте жеңіл газ, ауаның орнына суыту үшін қолдануға болатын жақсы қасиеттерге ие. (7.1 кестеден көрсетілгендей сутегі жоғары жылуөткізгіштікпен және жеке жылу жинағыштығымен сипатталады). Сутегіні қолдану кезінде айналмалы электр машинаның суытылуы жақсартады. Одан бөлек, ауаны сутегімен алмастырғанда желдеткіштің қуатының төмендеуі байқалады. Ол газдың нығыздығына пропорционал. Сутегі атмосферасында щеткалардың жұмыс істеу шарты жақсарады. Сутегілік суыту машинаның қуатын үлкен турбогенераторлар және синхрондқ компенсатор сутегілік суытумен орындалады (тиімді суыту сұйықтықтың циркуляциясымен статордың орамасымен жетеді, әрине, техникалық жағынан күрделірек — ротор). Сутегілік суыту циркуляциялық қолданылуы машинаны (подшипниқтар арқылы майлы затворлардың сығылысады) герметизациялауды қажет етеді. Машинаның ішіне ауа кіріп кетпеуі үшін, атмосфераның жоғары бөлігінде машинаның ішінде қысым болады. басқада ауаның ауыстырушылығының сутегімен белгілі алымдылықтың шығындары на машинаның роторының қажалысына газ төмендетіледі және ауаны жаңартуға, себебі осы шығын жақын газ нығыздық пропорционал.
Сутегінің электр беріктілігі шамамен 40 % болса, ал CO_2 көмірлі ангидридының – 10 % төмен, ауаның электр беріктілігіне қарағанда. Газразрядтық аспапты толтыру үшін бейтарап газдар аргон, неон, т.б. қолданылады, сынап және натрий. Бейтарап газдар төмен электр беріктілігіне ие болады.
Криптонның және ксенонның ең аз жылуөткізгіштігін айт кеткен жөн; бұл жағдай электр шамның үлгісінің өндірісінде пайдаланылады. Айрықша үлкен мағына төментемпературалық хладагенттің, дербес жағдайда құрылымдар үшін, асқын өткізгіштіктің көрінісін қолданыстағы, төмен гелийге ие. Гелий қызықты газ, бірнеше ерекше қасиеттерге ие. Сонымен, оның басқа газдармен салыстырғанда температурасы төмен (4,216 К атмосфералық қысымда) қызады.
Сұйық гелий өте аз нығыздыққа ие (шамамен судың нығыздығынан 8 есе қалыпты қызуда, алайда сұйық сутегі одан да аз). Квантты механикалық көріністер сұйық гелийде газдың тәртібімен қалыптасады, сұйықтықтар емес. Сұйық гелинің диэлектриялық өткізгіштігі аз (1,047 қайнау температурасында және 1,056…1,8 К); Оның буының жылулығы төмен, криогенді техника үшін.
Сурет 7.3 — Гелийдің фазалық диаграммасы
Одан әрі суытуға бір қалыпты сұйық гелий (I гелий) жаңа түрге — II гелийіне ауысады. 1937 академик П. Л. Капица есімімен аталған (1,2 нүктелер) λ деп аталады. Ал λ қоспасының нүктесі қисық шекарасы бас гелийдің (7.3 суретте) фазалық диаграммасы λ нүктесі деп аталады; қызуы λ 2,1735 К. II гелийдің тұтқырлығы іс жүзінде нөлге тең (П. Л. Капица асқын аққыштықпен деп ат қойды; олай, II гелий жеңілтек әйнектің күй табақтарының арасында өтіп кетеді) тең. Қағидалы түсіндірме.II гелий аталмыш академикпен Л. Д. Ландаумен түсіндірілген. Қатты гелий, 7.3 суретте көрсетілген, төмен 2,5 МПа қысымда болуы мүмкін. 〖He〗_3 гелийінің жеңіл изотобы мен атомдық массасы 3, табиғи гелийінде болады, 〖He〗_4 әдеттегі гелий миллион бөлікке тең, атомдық массасы 4-ке тең. 〖He〗_3 жасанды жолмен атомды реакторларда, дербес жағдайда, литийден. Жеңіл гелий, ең төмен қызуда (3,195 К) 〖He〗_4 қарағанда; 0,001 К қызуға дейін жшғарғы күйге ауыспайды. 〖He〗_3 және 〖He〗_4 изотоптарын қайнау температурасына бөлуге болады. 〖He〗_3 және 〖He〗_4 сыңарларын терең суыту жүйелерінде пайдалануға болады. Анда-санда криогенді хладагент ретінде сұйық неон қолданылады, сутегінің қайнау қызуынан аз ғана асады. Неон үшін, басқа бейтарап газдар үшін, T_қайн және T_бал балқуының қызуы 3,5 К келеді, азот үшін, айталық, сол айырым шамамен 14 К, ал оттек үшін – шамамен 36 К. Неонның химиялық инерттілігі — ол сутегілік жарылыс қауіптілігімен. Алайда, неон — өте бағалы газ; егер 1 м^3 азоттың салыстырмалы құны үшін, сол сутегінің құны шамамен 2 болады, гелийдің — 80 және неонның — 30 000 бірлік. Сұйық азот жеңіл газ, ауаны азотқа және оттекке бөлген кезде алынады; сұйық сутегі көптеген дамыған елдердің ( ракеталық отын ретінде) өнеркәсібімен өндіріледі. Төмен қызуды алу үшін CO_2 қатты көмірлі ангидриды — «құрғақ мұз» (кестені қара. 7.1) кең қолданылады