Elektrisk feil
Prosessen med nedbrytning av et dielektrikum, som skjer under støtionisering av elektroner på grunn av brudd på interatomiske, intermolekylære eller interioniske bindinger, kalles elektrisk sammenbrudd. Tidsvarigheten for elektrisk feil varierer fra noen få nanosekunder til titalls mikrosekunder.
Avhengig av omstendighetene rundt dens forekomst, kan elektrisk skade være skadelig eller fordelaktig. Et eksempel på et nyttig elektrisk sammenbrudd er utladningen av en tennplugg i arbeidsområdet til en forbrenningsmotorsylinder. Et eksempel på en skadelig feil er svikt i en isolator på en kraftledning.
I øyeblikket av elektrisk sammenbrudd, når en spenning over den kritiske (over sammenbruddsspenningen) påføres, øker strømmen i et fast, flytende eller gassformet dielektrisk (eller halvleder) kraftig. Dette fenomenet kan vare i en kort periode (nanosekunder) eller etablere seg i lang tid, akkurat når lysbuen starter og fortsetter å brenne i gass.
Den elektriske nedbrytningsstyrken Epr (dielektrisk styrke) til dette eller det dielektrikumet avhenger av den indre strukturen til dielektrikumet og er nesten uavhengig av temperaturen, heller ikke av størrelsen på prøven, eller av frekvensen til den påførte spenningen. Så for luft er den dielektriske styrken under normale forhold omtrent 30 kV / mm, for fast dielektrikum er denne parameteren i området fra 100 til 1000 kV / mm, mens den for væsken bare vil være omtrent 100 kV / mm.
Jo tettere strukturelementene (molekyler, ioner, makromolekyler, etc.) er, jo lavere blir nedbrytningsstyrken til det betraktede dielektrikumet, siden den gjennomsnittlige frie banen til elektronene blir større, det vil si at elektronene får nok energi til å ionisere atomer eller molekyler selv med en lavere intensitet av de påførte elektriske feltene.
Inhomogeniteten til det elektriske feltet som dannes i dielektrikumet, relatert til inhomogeniteten til den indre strukturen til et fast dielektrikum, påvirker sterkt dielektrisk styrke til et slikt dielektrikum… Hvis et dielektrikum hvis struktur er inhomogen blir introdusert i et elektrisk felt med lik styrke, vil det elektriske feltet inne i dielektrikumet være inhomogent.
Mikrosprekker, porer, ytre inneslutninger som har en verdi for nedbrytningsstyrke som er mindre enn dielektrikumet i seg selv vil generere inhomogeniteter i det elektriske feltstyrkemønsteret inne i dielektriket, noe som betyr at lokale områder inne i dielektriket vil ha høyere styrke. og nedbrytning kan skje ved spenninger lavere enn ville forventes fra et perfekt homogent dielektrikum.
Representanter for porøse dielektriske stoffer, som papp, papir eller lakkert klut, utmerker seg ved spesielt lave indikatorer for sammenbruddsspenning, siden det elektriske feltet som dannes i volumet deres er kraftig inhomogent, noe som betyr at intensiteten i lokale områder vil være mer - høy og sammenbrudd vil skje ved lavere spenning. På en eller annen måte, i faste partikler, kan elektrisk nedbrytning foregå av tre mekanismer, som vi vil diskutere nedenfor.
Den første mekanismen for elektrisk nedbrytning av et fast stoff er den samme interne nedbrytningen, som er assosiert med anskaffelsen av en ladningsbærer langs den gjennomsnittlige frie energibanen, tilstrekkelig til å ionisere gassmolekylene eller krystallgitteret, noe som øker konsentrasjonen av ladningsbærere. Her dannes de gratis ladningsbærerne som et snøskred, derav øker strømmen.
Sammenbruddet som oppstår i et dielektrikum i henhold til denne mekanismen kan være bulk eller overflate. For halvledere kan overflatenedbrytning relateres til den såkalte filamentære effekten.
Når krystallgitteret til en halvleder eller dielektrikum oppvarmes, kan en andre mekanisme for elektrisk sammenbrudd, termisk sammenbrudd, finne sted. Når temperaturen øker, blir de frie ladningsbærerne lettere å ionisere gitteratomene; derfor synker nedbrytningsspenningen. Og det er ikke så viktig om oppvarmingen skjedde fra virkningen av et vekslende elektrisk felt på dielektrikumet eller ganske enkelt fra overføring av varme fra utsiden.
Den tredje mekanismen for elektrisk nedbrytning av et fast stoff er utladningsnedbrytning, som er forårsaket av ionisering av gasser adsorbert i et porøst materiale. Et eksempel på et slikt materiale er glimmer. Gasser fanget i porene til stoffet ioniseres først og fremst, gasslekkasjer oppstår, som deretter fører til ødeleggelse av overflaten av porene til basisstoffet.