Elektrische storing

Het proces van afbraak van een diëlektricum, dat optreedt tijdens impactionisatie door elektronen als gevolg van de breuk van interatomaire, intermoleculaire of interionische bindingen, wordt elektrische afbraak genoemd. De tijdsduur van een elektrische storing varieert van enkele nanoseconden tot tientallen microseconden.

Afhankelijk van de omstandigheden van het optreden kan elektrische schade schadelijk of heilzaam zijn. Een voorbeeld van een nuttige elektrische storing is de ontlading van een bougie in het werkgebied van een cilinder met verbrandingsmotor. Een voorbeeld van een schadelijke storing is het falen van een isolator op een hoogspanningslijn.

Op het moment van elektrische doorslag, wanneer een spanning boven de kritische (boven de doorslagspanning) wordt aangelegd, neemt de stroom in een vast, vloeibaar of gasvormig diëlektricum (of halfgeleider) sterk toe. Dit fenomeen kan een korte tijd aanhouden (nanoseconden) of lang aanhouden, net zoals de boog begint en blijft branden in gas.

De elektrische doorslagsterkte Epr (diëlektrische sterkte) van dit of dat diëlektricum hangt af van de interne structuur van het diëlektricum en is vrijwel onafhankelijk van de temperatuur, noch van de grootte van het monster, noch van de frequentie van de aangelegde spanning. Dus voor lucht is de diëlektrische sterkte onder normale omstandigheden ongeveer 30 kV / mm, voor vaste diëlektrica ligt deze parameter in het bereik van 100 tot 1000 kV / mm, terwijl deze voor de vloeistof slechts ongeveer 100 kV / mm zal zijn.

Hoe dichter de structurele elementen (moleculen, ionen, macromoleculen, enz.) zijn, hoe lager de doorslagsterkte van het beschouwde diëlektricum wordt, aangezien het gemiddelde vrije pad van de elektronen groter wordt, dat wil zeggen, de elektronen krijgen genoeg energie om de atomen of moleculen zelfs met een lagere intensiteit van de aangelegde elektrische velden.

De inhomogeniteit van het elektrische veld gevormd in het diëlektricum, gerelateerd aan de inhomogeniteit van de interne structuur van een vast diëlektricum, heeft een sterke invloed diëlektrische sterkte van een dergelijk diëlektricum… Als een diëlektricum waarvan de structuur inhomogeen is, wordt geïntroduceerd in een elektrisch veld van gelijke sterkte, dan zal het elektrische veld in het diëlektricum inhomogeen zijn.

Microscheurtjes, poriën, externe insluitsels die een waarde voor de doorslagsterkte hebben die kleiner is dan het diëlektricum zelf, zullen inhomogeniteiten genereren in het elektrische veldsterktepatroon binnen het diëlektricum, wat betekent dat lokale gebieden binnen het diëlektricum een ​​hogere sterkte zullen hebben en doorslag kan optreden bij spanningen lager dan zou worden verwacht van een perfect homogeen diëlektricum.

Vertegenwoordigers van poreuze diëlektrica, zoals karton, papier of gelakte stof, onderscheiden zich door bijzonder lage indicatoren van doorslagspanning, omdat het elektrische veld dat in hun volume wordt gevormd sterk inhomogeen is, wat betekent dat de intensiteit in lokale gebieden hoger zal zijn en doorslag zal optreden bij een lagere spanning. Op de een of andere manier kan elektrische afbraak in vaste deeltjes verlopen via drie mechanismen, die we hieronder zullen bespreken.

Het eerste mechanisme van elektrische afbraak van een vaste stof is dezelfde interne afbraak, die gepaard gaat met de verwerving van een ladingsdrager langs het gemiddelde vrije energiepad, voldoende om de gasmoleculen of het kristalrooster te ioniseren, wat de concentratie van ladingsdragers verhoogt. Hier vormen de vrije ladingdragers een lawine, vandaar dat de stroom toeneemt.

De storing die optreedt in een diëlektricum volgens dit mechanisme kan bulk of oppervlakte zijn. Voor halfgeleiders kan oppervlakte-afbraak verband houden met het zogenaamde filamentaire effect.

Wanneer het kristalrooster van een halfgeleider of diëlektricum wordt verwarmd, kan een tweede mechanisme van elektrische doorslag, thermische doorslag, plaatsvinden. Naarmate de temperatuur stijgt, worden de vrije ladingsdragers gemakkelijker om de roosteratomen te ioniseren; daarom neemt de doorslagspanning af. En het is niet zo belangrijk of de verwarming plaatsvond door de werking van een wisselend elektrisch veld op het diëlektricum of gewoon door de overdracht van warmte van buitenaf.

Het derde mechanisme van elektrische afbraak van een vaste stof is ontladingsafbraak, die wordt veroorzaakt door de ionisatie van gassen geadsorbeerd in een poreus materiaal. Een voorbeeld van zo'n materiaal is mica. Gassen die in de poriën van de substantie zijn opgesloten, worden allereerst geïoniseerd, er treden gaslekken op, die vervolgens leiden tot de vernietiging van het oppervlak van de poriën van de basissubstantie.