Elektrisk fejl
Processen med nedbrydning af et dielektrikum, som opstår under stødionisering af elektroner på grund af brud på interatomiske, intermolekylære eller interioniske bindinger, kaldes elektrisk nedbrydning. Tidsvarigheden af elektrisk fejl varierer fra nogle få nanosekunder til titusvis af mikrosekunder.
Afhængigt af omstændighederne ved dens forekomst kan elektriske skader være skadelige eller gavnlige. Et eksempel på et nyttigt elektrisk sammenbrud er udledningen af et tændrør i arbejdsområdet for en forbrændingsmotorcylinder. Et eksempel på en skadelig fejl er svigt af en isolator på en strømledning.
I øjeblikket af elektrisk nedbrud, når en spænding over den kritiske (over nedbrydningsspændingen) påføres, stiger strømmen i et fast, flydende eller gasformigt dielektrikum (eller halvleder) kraftigt. Dette fænomen kan vare i en kort periode (nanosekunder) eller etableres i lang tid, ligesom lysbuen starter og fortsætter med at brænde i gas.
Den elektriske gennembrudsstyrke Epr (dielektrisk styrke) af dette eller det dielektrikum afhænger af dielektrikumets indre struktur og er næsten uafhængig af temperaturen, heller ikke af prøvens størrelse eller af frekvensen af den påførte spænding. Så for luft er den dielektriske styrke under normale forhold omkring 30 kV / mm, for faste dielektriske stoffer er denne parameter i området fra 100 til 1000 kV / mm, mens den for væsken kun vil være omkring 100 kV / mm.
Jo tættere de strukturelle elementer (molekyler, ioner, makromolekyler osv.) er, jo lavere bliver nedbrydningsstyrken af det betragtede dielektrikum, da den gennemsnitlige frie vej for elektronerne bliver større, dvs. elektronerne får nok energi til at ionisere atomer eller molekyler selv med en lavere intensitet af de påførte elektriske felter.
Inhomogeniteten af det elektriske felt dannet i dielektrikumet, relateret til inhomogeniteten af den indre struktur af et fast dielektrikum, påvirker stærkt dielektrisk styrke af et sådant dielektrikum… Hvis et dielektrikum, hvis struktur er inhomogen, indføres i et elektrisk felt af samme styrke, så vil det elektriske felt inde i dielektrikumet være inhomogent.
Mikrorevner, porer, ydre indeslutninger, der har en værdi for gennembrudsstyrke, der er mindre end selve dielektriket, vil generere inhomogeniteter i det elektriske feltstyrkemønster inde i dielektriket, hvilket betyder, at lokale områder inde i dielektriket vil have højere styrke. og nedbrydning kan forekomme ved spændinger lavere end ville forventes af et perfekt homogent dielektrikum.
Repræsentanter for porøse dielektrika, såsom pap, papir eller lakeret klud, er kendetegnet ved særligt lave indikatorer for gennembrudsspænding, da det elektriske felt, der dannes i deres volumen, er skarpt inhomogent, hvilket betyder, at intensiteten i lokale områder vil være mere - høj og nedbrud vil ske ved en lavere spænding. På den ene eller den anden måde, i faste partikler, kan elektrisk nedbrydning forløbe af tre mekanismer, som vi vil diskutere nedenfor.
Den første mekanisme for elektrisk nedbrydning af et fast stof er den samme indre nedbrydning, som er forbundet med erhvervelsen af en ladningsbærer langs den gennemsnitlige frie energivej, tilstrækkelig til at ionisere gasmolekylerne eller krystalgitteret, hvilket øger koncentrationen af ladningsbærere. Her dannes de gratis transportører som en lavine, og derfor stiger strømmen.
Nedbrydningen, der forekommer i et dielektrikum ifølge denne mekanisme, kan være bulk eller overflade. For halvledere kan overfladenedbrydning relateres til den såkaldte filamentære effekt.
Når krystalgitteret af en halvleder eller dielektrikum opvarmes, kan en anden elektrisk nedbrydningsmekanisme, termisk nedbrydning, finde sted. Når temperaturen stiger, bliver de frie ladningsbærere lettere at ionisere gitteratomerne; derfor falder gennemslagsspændingen. Og det er ikke så vigtigt, om opvarmningen skete fra virkningen af et vekslende elektrisk felt på dielektrikumet eller blot fra overførsel af varme udefra.
Den tredje mekanisme for elektrisk nedbrydning af et fast stof er udledningsnedbrydning, som er forårsaget af ionisering af gasser adsorberet i et porøst materiale. Et eksempel på et sådant materiale er glimmer. Gasser, der er fanget i stoffets porer, bliver først og fremmest ioniseret, gaslækager opstår, som så fører til ødelæggelse af overfladen af basisstoffets porer.