Електрическа повреда

Процесът на разрушаване на диелектрик, който възниква по време на ударна йонизация от електрони поради разкъсване на междуатомни, междумолекулни или междуионни връзки, се нарича електрически разпад. Продължителността на електрическата повреда във времето варира от няколко наносекунди до десетки микросекунди.

В зависимост от обстоятелствата на възникването, електрическата повреда може да бъде вредна или полезна. Пример за полезен електрически срив е разреждането на свещ в работната зона на цилиндър на двигател с вътрешно горене. Пример за вредна повреда е повредата на изолатор на електропровод.

В момента на електрически пробив, когато се приложи напрежение над критичното (над пробивното напрежение), токът в твърд, течен или газообразен диелектрик (или полупроводник) рязко нараства. Това явление може да продължи за малък период от време (наносекунди) или да се установи за дълго време, точно когато дъгата започва и продължава да гори в газ.

Силата на електрически пробив Епр (диелектрична якост) на този или онзи диелектрик зависи от вътрешната структура на диелектрика и почти не зависи от температурата, нито от размера на пробата, нито от честотата на приложеното напрежение. Така че за въздуха диелектричната якост при нормални условия е около 30 kV / mm, за твърдите диелектрици този параметър се намира в диапазона от 100 до 1000 kV / mm, докато за течността той ще бъде само около 100 kV / mm.

Колкото по -плътно са разположени структурните елементи (молекули, йони, макромолекули и т.н.), толкова по -ниска става силата на разрушаване на разглеждания диелектрик, тъй като средният свободен път на електроните става по -голям, тоест електроните придобиват достатъчно енергия за йонизиране на атомите или молекули дори с по -ниска интензивност на приложените електрически полета.

Нехомогенността на електрическото поле, образувано в диелектрика, свързано с нехомогенността на вътрешната структура на твърд диелектрик, влияе силно диелектрична якост на такъв диелектрик… Ако диелектрик, чиято структура е нехомогенна, бъде въведен в електрическо поле с еднаква сила, тогава електрическото поле вътре в диелектрика ще бъде нехомогенно.

Микропукнатини, пори, външни включвания, които имат стойност на якост на разрушаване по -малка от самия диелектрик, ще генерират нехомогенности в модела на силата на електрическото поле вътре в диелектрика, което означава, че локалните области вътре в диелектрика ще имат по -висока якост и разрушаването може да възникне при напрежение по -ниско, отколкото би могло да се очаква да бъде напълно хомогенен диелектрик.

Представителите на порести диелектрици, като картон, хартия или лакирана кърпа, се отличават с особено ниски показатели на напрежение на пробив, тъй като електрическото поле, образувано в техния обем, е рязко нехомогенно, което означава, че интензитетът в локалните зони ще бъде по -висок и ще настъпи разбивка при по -ниско напрежение. По един или друг начин при твърди частици електрическото разпадане може да протече по три механизма, които ще обсъдим по -долу.

Първият механизъм на електрическо разпадане на твърдо вещество е същият вътрешен разпад, който е свързан с придобиването на носител на заряд по средната свободна пътека на енергия, достатъчна за йонизиране на газовите молекули или кристална решетка, което увеличава концентрацията на носители на заряд.Тук безплатните носители на заряд се образуват като лавина, следователно токът се увеличава.

Разбиването, протичащо в диелектрик съгласно този механизъм, може да бъде насипно или повърхностно. За полупроводниците повърхностното разрушаване може да бъде свързано с така наречения нишковиден ефект.

Когато кристалната решетка на полупроводник или диелектрик се загрее, тогава може да се осъществи втори механизъм на електрическо разбиване, термично разбиване. С повишаването на температурата свободните носители на заряд стават по -лесни за йонизиране на решетъчните атоми; поради това пробивното напрежение намалява. И не е толкова важно дали нагряването е станало от действието на променливо електрическо поле върху диелектрика или просто от пренос на топлина отвън.

Третият механизъм на електрическо разпадане на твърдото вещество е разпадането на разряда, което се причинява от йонизацията на газовете, адсорбирани в порест материал. Пример за такъв материал е слюдата. Газовете, уловени в порите на веществото, се йонизират преди всичко, възникват изпускания в газа, които след това водят до разрушаване на повърхността на порите на основното вещество.