Elektriskt fel

Processen för nedbrytning av ett dielektrikum, som inträffar under stötjonisering av elektroner på grund av brott av interatomära, intermolekylära eller interjoniska bindningar, kallas elektrisk nedbrytning. Tidslängden för elektriska fel varierar från några nanosekunder till tiotals mikrosekunder.

Beroende på omständigheterna kring dess uppkomst kan elektrisk skada vara skadlig eller fördelaktig. Ett exempel på ett användbart elektriskt haveri är urladdningen av ett tändstift i arbetsområdet för en förbränningsmotorcylinder. Ett exempel på ett skadligt fel är fel på en isolator på en kraftledning.

I ögonblicket för elektriskt genombrott, när en spänning över den kritiska (över genombrottsspänningen) appliceras, ökar strömmen i en fast, flytande eller gasformig dielektrikum (eller halvledare) kraftigt. Detta fenomen kan pågå under en kort tid (nanosekunder) eller etableras under lång tid, precis när ljusbågen startar och fortsätter att brinna i gas.

Den elektriska genombrottshållfastheten Epr (dielektrisk styrka) för den eller den dielektrikum beror på den interna strukturen hos dielektrikumet och är nästan oberoende av temperaturen, inte av provets storlek eller av den pålagda spänningens frekvens. Så för luft är den dielektriska styrkan under normala förhållanden cirka 30 kV / mm, för fast dielektrik är denna parameter i intervallet från 100 till 1000 kV / mm, medan den för vätskan bara kommer att vara cirka 100 kV / mm.

Ju tätare strukturelementen (molekyler, joner, makromolekyler, etc.) är, desto lägre blir nedbrytningshållfastheten för det betraktade dielektrikumet, eftersom den genomsnittliga fria vägen för elektronerna blir större, det vill säga elektronerna får tillräckligt med energi för att jonisera atomer eller molekyler även med en lägre intensitet av de pålagda elektriska fälten.

Inhomogeniteten hos det elektriska fältet som bildas i dielektrikumet, relaterat till inhomogeniteten i den inre strukturen hos ett fast dielektrikum, påverkar starkt dielektrisk styrka hos ett sådant dielektrikum… Om ett dielektrikum vars struktur är inhomogen införs i ett elektriskt fält med samma styrka, kommer det elektriska fältet inuti dielektrikumet att vara inhomogent.

Mikrosprickor, porer, yttre inneslutningar som har ett värde för genombrottshållfasthet som är mindre än dielektrikumet självt kommer att generera inhomogeniteter i det elektriska fältstyrkemönstret inuti dielektriket, vilket innebär att lokala områden inuti dielektriket kommer att ha högre hållfasthet. och genombrott kan inträffa vid spänningar lägre än skulle förväntas från ett perfekt homogent dielektrikum.

Representanter för porösa dielektrika, såsom kartong, papper eller lackerad trasa, kännetecknas av särskilt låga indikatorer på genombrottsspänning, eftersom det elektriska fältet som bildas i deras volym är kraftigt inhomogent, vilket innebär att intensiteten i lokala områden kommer att vara mer - hög och genombrott kommer att ske vid en lägre spänning. På ett eller annat sätt, i fasta partiklar, kan elektrisk nedbrytning ske med tre mekanismer, som vi kommer att diskutera nedan.

Den första mekanismen för elektrisk nedbrytning av ett fast ämne är samma inre nedbrytning, som är associerad med förvärvet av en laddningsbärare längs den genomsnittliga fria energivägen, tillräcklig för att jonisera gasmolekylerna eller kristallgittret, vilket ökar koncentrationen av laddningsbärare. Här bildas de fria laddningsbärarna som en lavin, därför ökar strömmen.

Nedbrytningen som inträffar i ett dielektrikum enligt denna mekanism kan vara bulk eller yta. För halvledare kan ytnedbrytning relateras till den så kallade filamentära effekten.

När kristallgittret i en halvledare eller dielektrikum värms upp, kan en andra mekanism för elektriskt genombrott, termisk nedbrytning, ske. När temperaturen ökar blir de fria laddningsbärarna lättare att jonisera gitteratomerna; därför minskar genomslagsspänningen. Och det är inte så viktigt om uppvärmningen inträffade från verkan av ett växlande elektriskt fält på dielektrikumet eller helt enkelt från överföringen av värme från utsidan.

Den tredje mekanismen för elektrisk nedbrytning av ett fast ämne är urladdningsnedbrytning, som orsakas av jonisering av gaser adsorberade i ett poröst material. Ett exempel på ett sådant material är glimmer. Gaser som fångas i ämnets porer joniseras först och främst, gasläckor uppstår, vilket sedan leder till att ytan på basämnets porer förstörs.