Elektromos hiba
A dielektrikum lebomlási folyamatát, amely az elektronok ütési ionizációja során megy végbe az atomok közötti, intermolekuláris vagy interionos kötések felszakadása miatt, elektromos lebomlásnak nevezzük. Az elektromos meghibásodás időtartama néhány nanoszekundumtól több tíz mikroszekundumig terjed.
Előfordulásának körülményeitől függően az elektromos károsodás káros vagy előnyös lehet. A hasznos elektromos meghibásodásra példa a gyújtógyertya kisülése a belső égésű motor hengerének munkaterületén. A káros meghibásodásra példa az elektromos vezeték szigetelőjének meghibásodása.
Az elektromos meghibásodás pillanatában, amikor a kritikus (az áttörési feszültség feletti) feszültséget alkalmazzák, a szilárd, folyékony vagy gáznemű dielektrikumban (vagy félvezetőben) az áramerősség meredeken megnő. Ez a jelenség rövid ideig (nanoszekundum) tarthat, vagy hosszú ideig kialakulhat, éppen akkor, amikor az ív megindul és tovább ég.
Ennek vagy annak a dielektrikumnak az elektromos áttörési szilárdsága Epr (dielektromos szilárdság) a dielektrikum belső szerkezetétől függ, és szinte független a hőmérséklettől, sem a minta méretétől, sem a rákapcsolt feszültség frekvenciájától. Tehát levegő esetében a dielektromos szilárdság normál körülmények között körülbelül 30 kV / mm, szilárd dielektrikumok esetében ez a paraméter 100-1000 kV / mm, míg a folyadék esetében csak körülbelül 100 kV / mm.
Minél sűrűbbek a szerkezeti elemek (molekulák, ionok, makromolekulák stb.), annál kisebb lesz a vizsgált dielektrikum áttörési szilárdsága, mivel az elektronok átlagos szabad útja megnő, vagyis az elektronok elegendő energiát nyernek a dielektrikum ionizálásához. atomok vagy molekulák, még az alkalmazott elektromos mezők kisebb intenzitásával is.
A dielektrikumban kialakuló elektromos tér inhomogenitása, amely a szilárd dielektrikum belső szerkezetének inhomogenitásához kapcsolódik, erősen befolyásolja az ilyen dielektrikum dielektromos szilárdsága… Ha egy inhomogén szerkezetű dielektrikumot azonos erősségű elektromos térbe vezetünk, akkor a dielektrikumon belüli elektromos tér inhomogén lesz.
A mikrorepedések, pórusok, külső zárványok, amelyek áttörési szilárdsága kisebb, mint magának a dielektrikumnak, inhomogenitást generálnak a dielektrikumon belüli elektromos térerősség-mintázatban, ami azt jelenti, hogy a dielektrikumon belüli helyi területek erőssége nagyobb lesz. egy tökéletesen homogén dielektrikumtól elvárható lenne.
A porózus dielektrikumok, például a karton, a papír vagy a lakkozott szövet képviselőit a letörési feszültség különösen alacsony mutatói különböztetik meg, mivel a térfogatukban képződött elektromos mező élesen inhomogén, ami azt jelenti, hogy a helyi területek intenzitása nagyobb lesz - magas és meghibásodás alacsonyabb feszültségen történik. Ilyen vagy olyan módon, szilárd részecskékben az elektromos lebomlás három mechanizmussal mehet végbe, amelyeket az alábbiakban tárgyalunk.
A szilárd anyag elektromos lebontásának első mechanizmusa ugyanaz a belső lebontás, amely az átlagos szabad energiaút mentén a gázmolekulák vagy a kristályrács ionizálásához elegendő töltéshordozó megszerzéséhez kapcsolódik, ami növeli a töltéshordozók koncentrációját. Itt a szabad töltéshordozók lavinaként alakulnak ki, ezért az áram növekszik.
A dielektrikumban e mechanizmus szerint fellépő lebomlás lehet tömeges vagy felületi. A félvezetők esetében a felületi lebontás az úgynevezett filamentáris effektushoz köthető.
Ha egy félvezető vagy dielektrikum kristályrácsát felmelegítjük, akkor egy második elektromos lebomlási mechanizmus, a termikus lebontás is létrejöhet. A hőmérséklet emelkedésével a szabad töltéshordozók könnyebben ionizálják a rácsatomokat; ezért az áttörési feszültség csökken. És nem annyira fontos, hogy a felmelegedés a dielektrikumon lévő váltakozó elektromos mező hatására, vagy egyszerűen a kívülről történő hőátadás miatt következett be.
A szilárd anyag elektromos lebontásának harmadik mechanizmusa a kisülési lebomlás, amelyet a porózus anyagban adszorbeált gázok ionizációja okoz. Ilyen anyag például a csillám. Az anyag pórusaiban rekedt gázok mindenekelőtt ionizálódnak, gázszivárgás lép fel, ami aztán az alapanyag pórusainak felületének tönkremeneteléhez vezet.