תקלה חשמלית

תהליך הפירוק של דיאלקטרי, המתרחש במהלך יינון השפעה על ידי אלקטרונים עקב קרע של קשרים אינטראטומיים, אינטרמולקולריים או אינטריוניים, נקרא פירוק חשמלי. משך הזמן של כשל חשמלי משתנה בין כמה ננו-שניות לעשרות מיקרו-שניות.

בהתאם לנסיבות התרחשותו, נזק חשמלי יכול להזיק או להועיל. דוגמה להתמוטטות חשמלית שימושית היא פריקת מצת באזור העבודה של צילינדר מנוע בעירה פנימית. דוגמה לכשל מזיק היא כשל של מבודד בקו מתח.

ברגע של תקלה חשמלית, כאשר מופעל מתח מעל הקריטי (מעל מתח הפריצה), הזרם בדיאלקטרי מוצק, נוזלי או גזי (או מוליך למחצה) עולה בחדות. תופעה זו יכולה להימשך פרק זמן קצר (ננו-שניות) או להתבסס לאורך זמן, בדיוק כשהקשת מתחילה וממשיכה להישרף בגז.

חוזק השבר החשמלי Epr (חוזק דיאלקטרי) של דיאלקטרי זה או אחר תלוי במבנה הפנימי של הדיאלקטרי והוא כמעט בלתי תלוי בטמפרטורה, לא בגודל המדגם, ולא בתדירות המתח המופעל. אז, עבור אוויר, החוזק הדיאלקטרי בתנאים רגילים הוא כ 30 קילו וולט / מ"מ, עבור דיאלקטרי מוצק פרמטר זה הוא בטווח שבין 100 ל 1000 קילו וולט / מ"מ, בעוד עבור הנוזל זה יהיה רק ​​כ 100 קילו וולט / מ"מ.

ככל שהיסודות המבניים (מולקולות, יונים, מקרומולקולות וכו') צפופים יותר, כך חוזק הפירוק של הדיאלקטרי הנחשב נמוך יותר, מכיוון שהנתיב החופשי הממוצע של האלקטרונים הופך גדול יותר, כלומר האלקטרונים צוברים מספיק אנרגיה כדי ליינן את אטומים או מולקולות אפילו עם עוצמה נמוכה יותר של השדות החשמליים המופעלים.

חוסר ההומוגניות של השדה החשמלי הנוצר בדיאלקטרי, הקשורה לחוסר ההומוגניות של המבנה הפנימי של דיאלקטרי מוצק, משפיעה מאוד חוזק דיאלקטרי של דיאלקטרי כזה… אם דיאלקטרי שהמבנה שלו אינו הומוגני יוכנס לשדה חשמלי בעל חוזק שווה, אזי השדה החשמלי בתוך הדיאלקטרי יהיה לא הומגני.

מיקרו-סדקים, נקבוביות, תכלילים חיצוניים בעלי ערך חוזק התפרקות הקטן מהדיאלקטרי עצמו ייצרו אי-הומוגניות בתבנית חוזק השדה החשמלי בתוך הדיאלקטרי, כלומר אזורים מקומיים בתוך הדיאלקטרי יהיו בעלי חוזק גבוה יותר. והתמוטטות יכולה להתרחש במתחים נמוכים מ- ניתן לצפות מדיאלקטרי הומוגני לחלוטין.

נציגי דיאלקטריים נקבוביים, כגון קרטון, נייר או בד לכה, נבדלים על ידי אינדיקטורים נמוכים במיוחד של מתח התפרקות, שכן השדה החשמלי הנוצר בנפחם אינו הומוגני בצורה חדה, מה שאומר שהעוצמה באזורים מקומיים תהיה יותר - גבוהה ו התמוטטות תתרחש במתח נמוך יותר. בדרך זו או אחרת, בחלקיקים מוצקים, פירוק חשמלי יכול להתנהל בשלושה מנגנונים, עליהם נדון בהמשך.

המנגנון הראשון של פירוק חשמלי של מוצק הוא אותו פירוק פנימי, הקשור לרכישת נושא מטען לאורך נתיב האנרגיה החופשית הממוצע, מספיק כדי ליינן את מולקולות הגז או את סריג הגביש, מה שמגביר את ריכוז נושאי המטען. כאן נושאי המטען החינמיים נוצרים כמפולת שלגים, ומכאן שהזרם גדל.

התמוטטות המתרחשת בדיאלקטרי על פי מנגנון זה יכול להיות בתפזורת או משטחית. עבור מוליכים למחצה, התמוטטות פני השטח יכולה להיות קשורה למה שנקרא אפקט חוטי.

כאשר סריג הגביש של מוליך למחצה או דיאלקטרי מחומם, אזי יכול להתרחש מנגנון שני של התמוטטות חשמלית, התמוטטות תרמי. ככל שהטמפרטורה עולה, נושאי המטען החופשיים הופכים קלים יותר ליינן את אטומי הסריג; לכן מתח השבר יורד. וזה לא כל כך חשוב אם החימום התרחש מפעולת שדה חשמלי מתחלף על הדיאלקטרי או פשוט מהעברת חום מבחוץ.

המנגנון השלישי של פירוק חשמלי של מוצק הוא פירוק פריקה, הנגרם על ידי יינון של גזים הנספגים בחומר נקבובי. דוגמה לחומר כזה היא נציץ. גזים הכלואים בנקבוביות החומר מיוננים קודם כל, מתרחשות דליפות גזים, אשר לאחר מכן מובילות להרס פני השטח של הנקבוביות של חומר הבסיס.