Газообразные диэлектрические материалы

В таблице 4.2 представлены характеристики некоторых газообразных диэлектрических материалов, используемых в технике. Они характеризуются малым значением ε и tg δ, высоким ρ_V и невысоким значением Е_ПР по сравнению с жидкими и твердыми диэлектриками. В частности, электрическая прочность воздуха Е_{ПР ВОЗД} ≈ 3 ÷ 5 МВ ∕ м.

Таблица 4.2 – Количественные параметры газообразных диэлектриков

Достоинством газообразных диэлектриков является восстановление электрической прочности после снятия пробивного напряжения и стабильность свойств во времени.

Особенностью газообразных диэлектриков является необходимость их применения с твердыми диэлектриками.

Электрическая прочность некоторых газов гораздо выше, чем у воздуха. Это связано со способностью их молекул захватывать свободные электроны и превращаться в малоподвижные ионы, что затрудняет развитие пробоя. Явление используют в технике для увеличения электрической прочности газовой изоляции.

Наиболее широко используется в технике элегаз. Шестифтористая сера (гексафторид серы SF₆) обладает электрической прочностью примерно в 25 раз большей, чем воздух. Впервые исследовавший этот газообразный диэлектрик ученый Б. М. Гохберг назвал его элегазом (сокращение от «электричество» и «газ»). Элегаз не токсичен, химически стоек, не разлагается при нагревании (до температуры 800°C), может быть сжат (при нормальной температуре) без сжижения до давления 2 МПа. К одному из недостатков элегаза относится его относительно высокая стоимость. Для удешевления изделий или технологических операций с применением элегаза его часто используют в смеси с более дешевым азотом. Используют элегаз в образцовых конденсаторах на рабочих напряжениях до 500 кВ, в высоковольтных кабелях под давлением 0,3÷0,5 МПа, в высоковольтных выключателях с напряжением до 750 кВ.

Газы с малой электрической прочностью, такие как He, Ne, Ar, Xe и др. используют в газоразрядных и осветительных приборах.

В микроэлектронике применяются различные газы и их смеси, к чистоте которых предъявляются высокие требования, так как наличие примесей в виде посторонних газов и взвешенных частиц может привести к снижению электрических параметров готовых приборов. Общее содержание примесей в исходных газах 0,5 ÷ 1,0 %. Основную массу примесей, попадающих в газ из-за газовыделений стенок аппаратуры, составляют пары воды. Кроме того, в газах могу содержаться оксиды углерода, сернистый газ, фтор, хлор. Чтобы снизить уровень загрязнений газов, трубопроводы, вентили и части установок изготавливают из высокочистых вакуумных материалов с низким газоотделением (нержавеющей стали, меди, алюминия, стекла, фторопласта и др.). Транспортируют газы в металлических баллонах, которые имеют окраску, соответствующую определенному виду газа. Сушку газов проводят с помощью адсорбентов (силикагель, алюмогель или цеолит), которые обладают высокой адсорбционной способностью.