Ηλεκτρική βλάβη
Η διαδικασία διάσπασης ενός διηλεκτρικού, που συμβαίνει κατά τον ιονισμό κρούσης από ηλεκτρόνια λόγω της ρήξης διατομικών, διαμοριακών ή διαιονικών δεσμών, ονομάζεται ηλεκτρική διάσπαση. Η χρονική διάρκεια της ηλεκτρικής βλάβης ποικίλλει από μερικά νανοδευτερόλεπτα έως δεκάδες μικροδευτερόλεπτα.
Ανάλογα με τις συνθήκες εμφάνισής της, η ηλεκτρική βλάβη μπορεί να είναι επιβλαβής ή ωφέλιμη. Ένα παράδειγμα χρήσιμης ηλεκτρικής βλάβης είναι η εκκένωση ενός μπουζί στην περιοχή εργασίας ενός κυλίνδρου κινητήρα εσωτερικής καύσης. Ένα παράδειγμα επιβλαβούς βλάβης είναι η αστοχία ενός μονωτή σε μια γραμμή ηλεκτρικού ρεύματος.
Τη στιγμή της ηλεκτρικής βλάβης, όταν εφαρμόζεται μια τάση πάνω από την κρίσιμη (πάνω από την τάση διάσπασης), το ρεύμα σε ένα στερεό, υγρό ή αέριο διηλεκτρικό (ή ημιαγωγό) αυξάνεται απότομα. Αυτό το φαινόμενο μπορεί να διαρκέσει για μικρό χρονικό διάστημα (νανοδευτερόλεπτα) ή να εδραιωθεί για μεγάλο χρονικό διάστημα, ακριβώς τη στιγμή που το τόξο αρχίζει και συνεχίζει να καίγεται σε αέριο.
Η ηλεκτρική ισχύς διάσπασης Epr (διηλεκτρική ισχύς) αυτού ή εκείνου του διηλεκτρικού εξαρτάται από την εσωτερική δομή του διηλεκτρικού και είναι σχεδόν ανεξάρτητη από τη θερμοκρασία, ούτε από το μέγεθος του δείγματος ούτε από τη συχνότητα της εφαρμοζόμενης τάσης. Έτσι, για τον αέρα, η διηλεκτρική ισχύς υπό κανονικές συνθήκες είναι περίπου 30 kV / mm, για τα στερεά διηλεκτρικά αυτή η παράμετρος είναι στην περιοχή από 100 έως 1000 kV / mm, ενώ για το υγρό θα είναι μόνο περίπου 100 kV / mm.
Όσο πιο πυκνά είναι τα δομικά στοιχεία (μόρια, ιόντα, μακρομόρια κ.λπ.), τόσο μικρότερη γίνεται η ισχύς διάσπασης του εξεταζόμενου διηλεκτρικού, αφού η μέση ελεύθερη διαδρομή των ηλεκτρονίων γίνεται μεγαλύτερη, δηλαδή τα ηλεκτρόνια αποκτούν αρκετή ενέργεια για να ιονίσουν το άτομα ή μόρια ακόμη και με μικρότερη ένταση των εφαρμοζόμενων ηλεκτρικών πεδίων.
Η ανομοιογένεια του ηλεκτρικού πεδίου που σχηματίζεται στο διηλεκτρικό, που σχετίζεται με την ανομοιογένεια της εσωτερικής δομής ενός στερεού διηλεκτρικού, επηρεάζει έντονα διηλεκτρική αντοχή ενός τέτοιου διηλεκτρικού… Εάν ένα διηλεκτρικό του οποίου η δομή είναι ανομοιογενής εισάγεται σε ένα ηλεκτρικό πεδίο ίσης ισχύος, τότε το ηλεκτρικό πεδίο μέσα στο διηλεκτρικό θα είναι ανομοιογενές.
Μικρορωγμές, πόροι, εξωτερικά εγκλείσματα που έχουν τιμή αντοχής σε διάσπαση μικρότερη από το ίδιο το διηλεκτρικό θα δημιουργήσουν ανομοιογένειες στο μοτίβο της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου μέσα στο διηλεκτρικό, που σημαίνει ότι οι τοπικές περιοχές μέσα στο διηλεκτρικό θα έχουν μεγαλύτερη αντοχή. και η διάσπαση μπορεί να συμβεί σε τάσεις χαμηλότερες από θα αναμενόταν από ένα απόλυτα ομοιογενές διηλεκτρικό.
Οι εκπρόσωποι των πορωδών διηλεκτρικών, όπως το χαρτόνι, το χαρτί ή το βερνικωμένο ύφασμα, διακρίνονται από ιδιαίτερα χαμηλούς δείκτες τάσης διάσπασης, καθώς το ηλεκτρικό πεδίο που σχηματίζεται στον όγκο τους είναι έντονα ανομοιογενές, πράγμα που σημαίνει ότι η ένταση στις τοπικές περιοχές θα είναι μεγαλύτερη - υψηλή και η βλάβη θα συμβεί σε χαμηλότερη τάση. Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, στα στερεά σωματίδια, η ηλεκτρική διάσπαση μπορεί να γίνει με τρεις μηχανισμούς, τους οποίους θα συζητήσουμε παρακάτω.
Ο πρώτος μηχανισμός ηλεκτρικής διάσπασης ενός στερεού είναι η ίδια εσωτερική διάσπαση, η οποία σχετίζεται με την απόκτηση ενός φορέα φορτίου κατά μήκος της μέσης ελεύθερης ενεργειακής διαδρομής, επαρκούς για να ιονίσει τα μόρια του αερίου ή το κρυσταλλικό πλέγμα, που αυξάνει τη συγκέντρωση των φορέων φορτίου. Εδώ οι δωρεάν μεταφορείς τελών σχηματίζονται ως χιονοστιβάδα, επομένως το ρεύμα αυξάνεται.
Η διάσπαση που συμβαίνει σε ένα διηλεκτρικό σύμφωνα με αυτόν τον μηχανισμό μπορεί να είναι μαζική ή επιφανειακή. Για τους ημιαγωγούς, η επιφανειακή διάσπαση μπορεί να σχετίζεται με το λεγόμενο νηματοειδές φαινόμενο.
Όταν το κρυσταλλικό πλέγμα ενός ημιαγωγού ή διηλεκτρικού θερμαίνεται, τότε μπορεί να λάβει χώρα ένας δεύτερος μηχανισμός ηλεκτρικής διάσπασης, η θερμική διάσπαση. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, οι φορείς ελεύθερου φορτίου γίνονται ευκολότεροι να ιονίσουν τα άτομα του πλέγματος. επομένως η τάση διάσπασης μειώνεται. Και δεν είναι τόσο σημαντικό εάν η θέρμανση προέκυψε από τη δράση ενός εναλλασσόμενου ηλεκτρικού πεδίου στο διηλεκτρικό ή απλώς από τη μεταφορά θερμότητας από το εξωτερικό.
Ο τρίτος μηχανισμός ηλεκτρικής διάσπασης ενός στερεού είναι η διάσπαση εκκένωσης, η οποία προκαλείται από τον ιονισμό των αερίων που προσροφούνται σε ένα πορώδες υλικό. Ένα παράδειγμα τέτοιου υλικού είναι η μαρμαρυγία. Τα αέρια που παγιδεύονται στους πόρους της ουσίας πρώτα απ 'όλα ιονίζονται, εμφανίζονται διαρροές αερίων, οι οποίες στη συνέχεια οδηγούν στην καταστροφή της επιφάνειας των πόρων της βασικής ουσίας.