Elektrická porucha
Proces rozpadu dielektrika, ku ktorému dochádza pri nárazovej ionizácii elektrónmi v dôsledku pretrhnutia medziatómových, medzimolekulových alebo interiónových väzieb, sa nazýva elektrický rozpad. Doba trvania elektrického zlyhania sa pohybuje od niekoľkých nanosekúnd až po desiatky mikrosekúnd.
V závislosti od okolností jeho výskytu môže byť elektrické poškodenie škodlivé alebo prospešné. Príkladom užitočnej elektrickej poruchy je vybitie zapaľovacej sviečky v pracovnej oblasti valca spaľovacieho motora. Príkladom škodlivej poruchy je porucha izolátora na elektrickom vedení.
V momente elektrického prierazu, keď sa použije napätie nad kritické (nad prierazné napätie), prúd v pevnom, kvapalnom alebo plynnom dielektriku (alebo polovodiči) prudko vzrastie. Tento jav môže trvať krátky čas (nanosekundy) alebo môže byť vytvorený na dlhú dobu, práve keď sa oblúk spustí a pokračuje v horení v plyne.
Elektrická prierazná sila Epr (dielektrická pevnosť) toho či onoho dielektrika závisí od vnútornej štruktúry dielektrika a je takmer nezávislá od teploty, ani od veľkosti vzorky, ani od frekvencie aplikovaného napätia. Takže pre vzduch je dielektrická pevnosť za normálnych podmienok asi 30 kV / mm, pre pevné dielektrikum je tento parameter v rozmedzí od 100 do 1 000 kV / mm, zatiaľ čo pre kvapalinu to bude len asi 100 kV / mm.
Čím hustejšie sú štruktúrne prvky (molekuly, ióny, makromolekuly atď.), tým nižšia je prierazná sila uvažovaného dielektrika, pretože stredná voľná dráha elektrónov sa zväčšuje, to znamená, že elektróny získajú dostatok energie na ionizáciu. atómov alebo molekúl aj pri nižšej intenzite aplikovaných elektrických polí.
Nehomogenita elektrického poľa vytvoreného v dielektriku, súvisiaca s nehomogenitou vnútornej štruktúry pevného dielektrika, silne ovplyvňuje dielektrická pevnosť takéhoto dielektrika… Ak sa dielektrikum, ktorého štruktúra je nehomogénna, dostane do elektrického poľa rovnakej sily, potom bude elektrické pole vo vnútri dielektrika nehomogénne.
Mikrotrhlinky, póry, vonkajšie inklúzie, ktoré majú hodnotu prieraznej sily menšiu ako samotné dielektrikum, budú generovať nehomogenity vo vzore intenzity elektrického poľa vo vnútri dielektrika, čo znamená, že lokálne oblasti vo vnútri dielektrika budú mať vyššiu pevnosť a k poruche môže dôjsť pri napätí nižších ako by sa dalo očakávať od dokonale homogénneho dielektrika.
Zástupcovia poréznych dielektrík, ako je lepenka, papier alebo lakovaná tkanina, sa vyznačujú obzvlášť nízkymi ukazovateľmi prierazného napätia, pretože elektrické pole vytvorené v ich objeme je ostro nehomogénne, čo znamená, že intenzita v miestnych oblastiach bude vyššia a vyššia. k poruche dôjde pri nižšom napätí. Tak či onak, v pevných časticiach môže elektrický rozklad prebiehať tromi mechanizmami, o ktorých budeme diskutovať nižšie.
Prvým mechanizmom elektrického rozpadu tuhej látky je rovnaký vnútorný rozpad, ktorý je spojený so získaním nosiča náboja pozdĺž strednej dráhy voľnej energie, ktorý je dostatočný na ionizáciu molekúl plynu alebo kryštálovej mriežky, čo zvyšuje koncentráciu nosičov náboja. Tu sa voľní nosiči náboja tvoria ako lavína, a preto sa prúd zvyšuje.
Porušenie, ku ktorému dochádza v dielektriku podľa tohto mechanizmu, môže byť objemové alebo povrchové. V prípade polovodičov môže byť povrchový rozpad spojený s takzvaným vláknovým efektom.
Keď sa kryštálová mriežka polovodiča alebo dielektrika zahreje, potom môže dôjsť k druhému mechanizmu elektrického rozpadu, tepelnému rozpadu. Ako teplota stúpa, voľné nosiče náboja ľahšie ionizujú atómy mriežky; preto prierazné napätie klesá. A nie je až také dôležité, či k ohrevu došlo pôsobením striedavého elektrického poľa na dielektrikum alebo jednoducho prestupom tepla zvonku.
Tretím mechanizmom elektrického rozpadu pevnej látky je prieraz výbojom, ktorý je spôsobený ionizáciou plynov adsorbovaných v poréznom materiáli. Príkladom takéhoto materiálu je sľuda. Plyny zachytené v póroch látky sa najskôr ionizujú, dochádza k únikom plynov, ktoré následne vedú k deštrukcii povrchu pórov základnej látky.