Kegagalan elektrik

Proses pemecahan dielektrik, yang berlaku semasa pengionan hentaman oleh elektron akibat pemecahan ikatan antara atom, intermolekul, atau interionik, dipanggil kerosakan elektrik. Tempoh masa kegagalan elektrik berbeza dari beberapa nanosaat hingga berpuluh-puluh mikrosaat.

Bergantung pada keadaan kejadiannya, kerosakan elektrik boleh memudaratkan atau berfaedah. Contoh kerosakan elektrik yang berguna ialah pelepasan palam pencucuh di kawasan kerja silinder enjin pembakaran dalaman. Contoh kegagalan yang berbahaya ialah kegagalan penebat pada talian kuasa.

Pada saat kerosakan elektrik, apabila voltan di atas kritikal (di atas voltan pecahan) digunakan, arus dalam dielektrik pepejal, cecair atau gas (atau semikonduktor) meningkat dengan mendadak. Fenomena ini boleh bertahan untuk jangka masa yang singkat (nanosaat) atau ditubuhkan untuk masa yang lama, sama seperti arka bermula dan terus terbakar dalam gas.

Kekuatan pecahan elektrik Epr (kekuatan dielektrik) dielektrik ini atau itu bergantung pada struktur dalaman dielektrik dan hampir bebas daripada suhu, mahupun saiz sampel, mahupun kekerapan voltan yang digunakan. Jadi, untuk udara, kekuatan dielektrik dalam keadaan normal adalah kira-kira 30 kV / mm, untuk dielektrik pepejal parameter ini berada dalam julat dari 100 hingga 1000 kV / mm, manakala untuk cecair ia hanya akan menjadi kira-kira 100 kV / mm.

Semakin padat unsur-unsur struktur (molekul, ion, makromolekul, dll.), semakin rendah kekuatan pecahan dielektrik yang dipertimbangkan, kerana laluan bebas purata elektron menjadi lebih besar, iaitu, elektron mendapat tenaga yang cukup untuk mengionkan atom atau molekul walaupun dengan keamatan yang lebih rendah daripada medan elektrik yang digunakan.

Ketidakhomogenan medan elektrik yang terbentuk dalam dielektrik, berkaitan dengan ketidakhomogenan struktur dalaman dielektrik pepejal, sangat mempengaruhi kekuatan dielektrik dielektrik sedemikian… Jika dielektrik yang strukturnya tidak homogen dimasukkan ke dalam medan elektrik dengan kekuatan yang sama, maka medan elektrik di dalam dielektrik akan menjadi tidak homogen.

Microcracks, liang, kemasukan luaran yang mempunyai nilai kekuatan pecahan lebih kecil daripada dielektrik itu sendiri akan menghasilkan ketidakhomogenan dalam corak kekuatan medan elektrik di dalam dielektrik, bermakna kawasan tempatan di dalam dielektrik akan mempunyai kekuatan yang lebih tinggi. dan kerosakan boleh berlaku pada voltan yang lebih rendah daripada dijangkakan daripada dielektrik homogen yang sempurna.

Wakil-wakil dielektrik berliang, seperti kadbod, kertas atau kain varnis, dibezakan oleh penunjuk voltan kerosakan yang sangat rendah, kerana medan elektrik yang terbentuk dalam jumlahnya tidak homogen secara mendadak, yang bermaksud bahawa intensiti di kawasan tempatan akan lebih tinggi dan kerosakan akan berlaku pada voltan yang lebih rendah. Dalam satu cara atau yang lain, dalam zarah pepejal, kerosakan elektrik boleh diteruskan dengan tiga mekanisme, yang akan kita bincangkan di bawah.

Mekanisme pertama pecahan elektrik pepejal adalah pecahan dalaman yang sama, yang dikaitkan dengan pemerolehan pembawa cas di sepanjang laluan tenaga bebas min, yang mencukupi untuk mengionkan molekul gas atau kekisi kristal, yang meningkatkan kepekatan pembawa cas. Di sini pembawa caj percuma terbentuk sebagai runtuhan salji, maka arus meningkat.

Pecahan yang berlaku dalam dielektrik mengikut mekanisme ini boleh menjadi pukal atau permukaan. Bagi semikonduktor, pecahan permukaan boleh dikaitkan dengan kesan filamen yang dipanggil.

Apabila kekisi kristal semikonduktor atau dielektrik dipanaskan, maka mekanisme kedua kerosakan elektrik, kerosakan haba, boleh berlaku. Apabila suhu meningkat, pembawa cas percuma menjadi lebih mudah untuk mengionkan atom kekisi; oleh itu voltan kerosakan berkurangan. Dan ia tidak begitu penting sama ada pemanasan berlaku daripada tindakan medan elektrik berselang-seli pada dielektrik atau hanya dari pemindahan haba dari luar.

Mekanisme ketiga pecahan elektrik pepejal ialah pecahan nyahcas, yang disebabkan oleh pengionan gas yang terjerap dalam bahan berliang. Contoh bahan tersebut ialah mika. Gas yang terperangkap di dalam liang bahan adalah pertama sekali terion, kebocoran gas berlaku, yang kemudiannya membawa kepada kemusnahan permukaan liang bahan asas.