Selhání elektřiny
Proces rozpadu dielektrika, ke kterému dochází při nárazové ionizaci elektrony v důsledku porušení meziatomových, mezimolekulárních nebo interiontových vazeb, se nazývá elektrický rozpad. Doba trvání elektrického selhání se pohybuje od několika nanosekund do desítek mikrosekund.
V závislosti na okolnostech jeho vzniku může být poškození elektrickým proudem škodlivé nebo prospěšné. Příkladem užitečného elektrického selhání je vybití zapalovací svíčky v pracovní oblasti válce spalovacího motoru. Příkladem škodlivé poruchy je porucha izolátoru na elektrickém vedení.
V okamžiku elektrického průrazu, kdy je aplikováno napětí nad kritické (nad průrazné napětí), prudce vzroste proud v pevném, kapalném nebo plynném dielektriku (nebo polovodiči). Tento jev může trvat krátkou dobu (nanosekundy) nebo může být vytvořen po dlouhou dobu, právě když oblouk začne a pokračuje v hoření v plynu.
Elektrická průrazná pevnost Epr (dielektrická pevnost) toho či onoho dielektrika závisí na vnitřní struktuře dielektrika a je téměř nezávislá na teplotě, ani na velikosti vzorku, ani na frekvenci aplikovaného napětí. Takže pro vzduch je dielektrická pevnost za normálních podmínek asi 30 kV / mm, pro pevná dielektrika je tento parametr v rozmezí od 100 do 1000 kV / mm, zatímco pro kapalinu to bude jen asi 100 kV / mm.
Čím hustší jsou strukturní prvky (molekuly, ionty, makromolekuly atd.), tím nižší je průrazná síla uvažovaného dielektrika, protože střední volná dráha elektronů se zvětšuje, to znamená, že elektrony získávají dostatek energie k ionizaci. atomů nebo molekul i při nižší intenzitě působících elektrických polí.
Nehomogenita elektrického pole vytvořeného v dielektriku, související s nehomogenitou vnitřní struktury pevného dielektrika, silně ovlivňuje dielektrická pevnost takového dielektrika… Pokud je dielektrikum, jehož struktura je nehomogenní, zavedeno do elektrického pole stejné síly, pak bude elektrické pole uvnitř dielektrika nehomogenní.
Mikrotrhlinky, póry, vnější inkluze, které mají hodnotu průrazné síly menší než samotné dielektrikum, budou generovat nehomogenity ve vzoru síly elektrického pole uvnitř dielektrika, což znamená, že místní oblasti uvnitř dielektrika budou mít vyšší pevnost a k průrazu může dojít při napětí nižších než by se dalo očekávat od dokonale homogenního dielektrika.
Zástupci porézních dielektrik, jako je lepenka, papír nebo lakovaná tkanina, se vyznačují zvláště nízkými indikátory průrazného napětí, protože elektrické pole vytvořené v jejich objemu je ostře nehomogenní, což znamená, že intenzita v místních oblastech bude více - vysoká a při nižším napětí dojde k průrazu. Tak či onak, v pevných částicích může elektrický průraz probíhat třemi mechanismy, o kterých budeme diskutovat níže.
První mechanismus elektrického rozpadu pevné látky je stejný vnitřní rozpad, který je spojen se získáním nosiče náboje podél střední dráhy volné energie, dostatečného k ionizaci molekul plynu nebo krystalové mřížky, což zvyšuje koncentraci nosičů náboje. Zde se volné nosiče náboje tvoří jako lavina, a proto se proud zvyšuje.
Průraz, ke kterému dochází v dielektriku podle tohoto mechanismu, může být objemový nebo povrchový. U polovodičů může být povrchový rozpad spojen s tzv. filamentárním efektem.
Když se krystalová mřížka polovodiče nebo dielektrika zahřeje, může dojít k druhému mechanismu elektrického průrazu, tepelnému průrazu. Jak se teplota zvyšuje, volné nosiče náboje snadněji ionizují atomy mřížky; proto průrazné napětí klesá. A není až tak důležité, zda k ohřevu došlo působením střídavého elektrického pole na dielektrikum nebo jednoduše přenosem tepla zvenčí.
Třetím mechanismem elektrického rozpadu pevné látky je průraz výbojem, který je způsoben ionizací plynů adsorbovaných v porézním materiálu. Příkladem takového materiálu je slída. Plyny zachycené v pórech látky jsou především ionizovány, dochází k únikům plynů, které pak vedou k destrukci povrchu pórů základní látky.