Defecțiune electrică
Procesul de defalcare a unui dielectric, care are loc în timpul ionizării prin impact de către electroni din cauza ruperii legăturilor interatomice, intermoleculare sau interionice, se numește defalcare electrică. Durata defectării electrice variază de la câteva nanosecunde la zeci de microsecunde.
În funcție de circumstanțele apariției sale, daunele electrice pot fi dăunătoare sau benefice. Un exemplu de defecțiune electrică utilă este descărcarea unei bujii în zona de lucru a cilindrului unui motor cu ardere internă. Un exemplu de defecțiune dăunătoare este defecțiunea unui izolator pe o linie electrică.
În momentul defecțiunii electrice, când se aplică o tensiune peste valoarea critică (peste tensiunea de rupere), curentul într-un dielectric (sau semiconductor) solid, lichid sau gazos crește brusc. Acest fenomen poate dura o perioadă scurtă de timp (nanosecunde) sau poate fi stabilit pentru o perioadă lungă de timp, exact când arcul începe și continuă să ardă în gaz.
Rezistența electrică la rupere Epr (rezistența dielectrică) a unuia sau aceluia dielectric depinde de structura internă a dielectricului și este aproape independentă de temperatură, nici de mărimea probei, nici de frecvența tensiunii aplicate. Deci, pentru aer, rezistența dielectrică în condiții normale este de aproximativ 30 kV / mm, pentru dielectricii solizi acest parametru este în intervalul de la 100 la 1000 kV / mm, în timp ce pentru lichid va fi de numai aproximativ 100 kV / mm.
Cu cât elementele structurale (molecule, ioni, macromolecule etc.) sunt mai dense, cu atât rezistența de rupere a dielectricului considerat devine mai mică, deoarece calea liberă medie a electronilor devine mai mare, adică electronii câștigă suficientă energie pentru a ioniza atomi sau molecule chiar cu o intensitate mai mică a câmpurilor electrice aplicate.
Neomogenitatea câmpului electric format în dielectric, legată de neomogenitatea structurii interne a unui dielectric solid, afectează puternic rigiditatea dielectrică a unui astfel de dielectric… Dacă un dielectric a cărui structură este neomogenă este introdus într-un câmp electric de putere egală, atunci câmpul electric din interiorul dielectricului va fi neomogen.
Microfisurile, porii, incluziunile externe care au o valoare a rezistenței la rupere mai mică decât dielectricul însuși vor genera neomogenități în modelul de intensitate a câmpului electric din interiorul dielectricului, ceea ce înseamnă că zonele locale din interiorul dielectricului vor avea o rezistență mai mare, iar defalcarea poate apărea la tensiuni mai mici decât ar fi de așteptat de la un dielectric perfect omogen.
Reprezentanții dielectricilor porosi, cum ar fi cartonul, hârtia sau pânza lăcuită, se disting prin indicatori deosebit de scăzuti ai tensiunii de defecțiune, deoarece câmpul electric format în volumul lor este brusc neomogen, ceea ce înseamnă că intensitatea în zonele locale va fi mai mare și defectarea va avea loc la o tensiune mai mică. Într-un fel sau altul, în particulele solide, defectarea electrică poate avea loc prin trei mecanisme, pe care le vom discuta mai jos.
Primul mecanism de defalcare electrică a unui solid este aceeași defalcare internă, care este asociată cu achiziționarea unui purtător de sarcină de-a lungul căii medii de energie liberă, suficient pentru a ioniza moleculele de gaz sau rețeaua cristalină, ceea ce crește concentrația purtătorilor de sarcină. Aici purtătorii gratuiti de taxe se formează ca o avalanșă, deci curentul crește.
Defalcarea care are loc într-un dielectric în conformitate cu acest mecanism poate fi în vrac sau de suprafață. Pentru semiconductori, defalcarea suprafeței poate fi legată de așa-numitul efect filamentar.
Când rețeaua cristalină a unui semiconductor sau dielectric este încălzită, atunci poate avea loc un al doilea mecanism de defalcare electrică, defalcare termică. Pe măsură ce temperatura crește, purtătorii de sarcină liberi devin mai ușor de ionizat atomii rețelei; de aceea tensiunea de defalcare scade. Și nu este atât de important dacă încălzirea a avut loc prin acțiunea unui câmp electric alternativ asupra dielectricului sau pur și simplu din transferul de căldură din exterior.
Al treilea mecanism de defalcare electrică a unui solid este descărcarea de descărcare, care este cauzată de ionizarea gazelor adsorbite într-un material poros. Un exemplu de astfel de material este mica. Gazele prinse în porii substanței sunt în primul rând ionizate, apar scurgeri de gaz, care duc apoi la distrugerea suprafeței porilor substanței de bază.