Elektriline rike
Dielektriku lagunemise protsessi, mis toimub elektronide löökionisatsiooni ajal aatomitevaheliste, molekulidevaheliste või ioonidevaheliste sidemete purunemise tõttu, nimetatakse elektriliseks purunemiseks. Elektrikatkestuse kestus varieerub mõnest nanosekundist kümnete mikrosekunditeni.
Sõltuvalt selle tekkimise asjaoludest võib elektrikahjustus olla kahjulik või kasulik. Kasuliku elektririkke näide on süüteküünla tühjendamine sisepõlemismootori silindri tööpiirkonnas. Kahjuliku rikke näide on elektriliini isolaatori rike.
Elektrilise purunemise hetkel, kui rakendatakse pinget üle kriitilise (üle läbilöögipinge), suureneb vool tahkes, vedelas või gaasilises dielektrikus (või pooljuhis) järsult. See nähtus võib kesta lühikest aega (nanosekundeid) või ilmneda pikka aega, täpselt siis, kui kaar algab ja põleb edasi gaasis.
Selle või teise dielektriku elektriline läbilöögitugevus Epr (dielektriline tugevus) sõltub dielektriku sisestruktuurist ja ei sõltu peaaegu temperatuurist, ei proovi suurusest ega ka rakendatava pinge sagedusest. Nii et õhu puhul on dielektriline tugevus tavatingimustes umbes 30 kV / mm, tahkete dielektrikute puhul on see parameeter vahemikus 100 kuni 1000 kV / mm, vedeliku puhul aga ainult umbes 100 kV / mm.
Mida tihedamad on struktuurielemendid (molekulid, ioonid, makromolekulid jne), seda väiksemaks muutub vaadeldava dielektriku purunemistugevus, kuna elektronide keskmine vaba teekond muutub suuremaks, st elektronid saavad piisavalt energiat dielektriku ioniseerimiseks. aatomid või molekulid isegi väiksema rakendatud elektrivälja intensiivsusega.
Dielektrikus tekkiva elektrivälja ebahomogeensus, mis on seotud tahke dielektriku sisestruktuuri ebahomogeensusega, mõjutab tugevalt sellise dielektriku dielektriline tugevus… Kui dielektrik, mille struktuur on ebahomogeenne, viiakse võrdse tugevusega elektrivälja, on dielektriku sees olev elektriväli ebahomogeenne.
Mikropraod, poorid, välised lisandid, mille läbilöögitugevuse väärtus on väiksem kui dielektrikul endal, tekitavad dielektriku sees elektrivälja tugevusmustris ebahomogeensust, mis tähendab, et dielektriku sees olevad kohalikud alad on tugevamad ja purunemine võib toimuda pingete juures, mis on madalamad kui dielektrikul endal. oleks oodata täiesti homogeenselt dielektrikult.
Poorsete dielektrikute, nagu papp, paber või lakitud riie, esindajaid eristavad eriti madalad läbilöögipinge näitajad, kuna nende mahus moodustuv elektriväli on järsult ebahomogeenne, mis tähendab, et intensiivsus kohalikes piirkondades on suurem - kõrge ja rike toimub madalama pinge korral. Ühel või teisel viisil võib tahketes osakestes elektriline purunemine toimuda kolme mehhanismi kaudu, mida käsitleme allpool.
Tahke aine elektrilise lagunemise esimene mehhanism on sama sisemine purunemine, mis on seotud laengukandja omandamisega mööda keskmist vaba energiateed, mis on piisav gaasimolekulide või kristallvõre ioniseerimiseks, mis suurendab laengukandjate kontsentratsiooni. Siin moodustuvad vabad laengukandjad laviinina, seega vool suureneb.
Selle mehhanismi kohaselt võib dielektrikus toimuv purunemine olla nii mahukas kui ka pinnapealne. Pooljuhtide puhul võib pinna lagunemist seostada nn filamentaarse efektiga.
Kui pooljuhi või dielektriku kristallvõre kuumutatakse, võib toimuda teine elektrilise lagunemise mehhanism, termiline lagunemine. Temperatuuri tõustes on vabadel laengukandjatel lihtsam võre aatomeid ioniseerida; seetõttu läbilöögipinge väheneb. Ja see pole nii oluline, kas kuumenemine tekkis vahelduva elektrivälja toimel dielektrikul või lihtsalt soojuse ülekandest väljast.
Kolmas tahke aine elektrilise lagunemise mehhanism on tühjenemine, mille põhjustab poorsesse materjali adsorbeerunud gaaside ionisatsioon. Sellise materjali näiteks on vilgukivi. Aine pooridesse kinni jäänud gaasid ioniseeritakse ennekõike, tekivad gaasilekked, mis seejärel viivad alusaine pooride pinna hävimiseni.