Kabiguan ng kuryente
Ang proseso ng pagkasira ng isang dielectric, na nangyayari sa panahon ng impact ionization ng mga electron dahil sa pagkalagot ng interatomic, intermolecular, o interionic bond, ay tinatawag na electrical breakdown. Ang tagal ng panahon ng electrical failure ay nag-iiba mula sa ilang nanosecond hanggang sampu ng microseconds.
Depende sa mga pangyayari ng paglitaw nito, ang pagkasira ng kuryente ay maaaring makapinsala o kapaki-pakinabang. Ang isang halimbawa ng isang kapaki-pakinabang na pagkasira ng kuryente ay ang paglabas ng isang spark plug sa lugar ng trabaho ng isang panloob na silindro ng engine ng combustion. Ang isang halimbawa ng isang mapaminsalang pagkabigo ay ang pagkabigo ng isang insulator sa isang linya ng kuryente.
Sa sandali ng electrical breakdown, kapag ang isang boltahe sa itaas ng kritikal (sa itaas ng breakdown boltahe) ay inilapat, ang kasalukuyang sa isang solid, likido o gas na dielectric (o semiconductor) ay tumataas nang husto. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay maaaring tumagal ng maikling panahon (nanoseconds) o maitatag nang mahabang panahon, tulad ng pagsisimula ng arko at patuloy na nag-aapoy sa gas.
Ang lakas ng pagkasira ng kuryente Epr (lakas ng dielectric) ng ito o ang dielectric na iyon ay nakasalalay sa panloob na istraktura ng dielectric at halos independyente sa temperatura, o sa laki ng sample, o sa dalas ng inilapat na boltahe. Kaya, para sa hangin, ang lakas ng dielectric sa ilalim ng normal na mga kondisyon ay halos 30 kV / mm, para sa solid dielectrics ang parameter na ito ay nasa saklaw mula 100 hanggang 1000 kV / mm, habang para sa likido ito ay magiging mga 100 kV / mm lamang.
Ang mas siksik na mga elemento ng istruktura (mga molekula, ion, macromolecule, atbp.), mas mababa ang lakas ng pagkasira ng itinuturing na dielectric, dahil ang ibig sabihin ng libreng landas ng mga electron ay nagiging mas malaki, iyon ay, ang mga electron ay nakakakuha ng sapat na enerhiya upang ionize ang atoms o molekula kahit na may mas mababang intensity ng inilapat na mga electric field.
Ang inhomogeneity ng electric field na nabuo sa dielectric, na nauugnay sa inhomogeneity ng panloob na istraktura ng isang solid dielectric, ay malakas na nakakaapekto dielectric na lakas ng naturang dielectric… Kung ang isang dielectric na ang istraktura ay hindi magkakatulad ay ipinakilala sa isang electric field na may pantay na lakas, kung gayon ang electric field sa loob ng dielectric ay magiging inhomogeneous.
Ang mga microcrack, pores, external inclusion na may halaga ng breakdown strength na mas maliit kaysa sa dielectric mismo ay bubuo ng inhomogeneities sa pattern ng lakas ng electric field sa loob ng dielectric, ibig sabihin, ang mga lokal na lugar sa loob ng dielectric ay magkakaroon ng mas mataas na lakas. at maaaring mangyari ang breakdown sa mga boltahe na mas mababa kaysa ay inaasahan mula sa isang perpektong homogenous na dielectric.
Ang mga kinatawan ng porous dielectrics, tulad ng karton, papel o barnis na tela, ay nakikilala sa pamamagitan ng partikular na mababang mga tagapagpahiwatig ng breakdown boltahe, dahil ang electric field na nabuo sa kanilang dami ay hindi magkapareho, na nangangahulugan na ang intensity sa mga lokal na lugar ay magiging mas mataas at ang pagkasira ay magaganap sa mas mababang boltahe. Sa isang paraan o iba pa, sa mga solidong particle, ang pagkasira ng kuryente ay maaaring magpatuloy sa pamamagitan ng tatlong mekanismo, na tatalakayin natin sa ibaba.
Ang unang mekanismo ng electrical breakdown ng solid ay ang parehong internal breakdown, na nauugnay sa pagkuha ng charge carrier kasama ang mean free energy path, sapat na upang ionize ang mga molekula ng gas o crystal lattice, na nagpapataas ng konsentrasyon ng charge carriers. Narito ang mga libreng carrier ng bayad ay nabuo bilang isang avalanche, kaya ang kasalukuyang pagtaas.
Ang pagkasira na nagaganap sa isang dielectric ayon sa mekanismong ito ay maaaring maramihan o ibabaw. Para sa semiconductors, ang pagkasira ng ibabaw ay maaaring nauugnay sa tinatawag na filamentary effect.
Kapag ang kristal na sala-sala ng isang semiconductor o dielectric ay pinainit, kung gayon ang pangalawang mekanismo ng pagkasira ng kuryente, ang thermal breakdown, ay maaaring maganap. Habang tumataas ang temperatura, nagiging mas madaling ionize ng mga free charge carrier ang mga atomo ng sala-sala; samakatuwid ang breakdown boltahe ay bumababa. At hindi napakahalaga kung ang pag-init ay naganap mula sa pagkilos ng isang alternating electric field sa dielectric o mula lamang sa paglipat ng init mula sa labas.
Ang ikatlong mekanismo ng electrical breakdown ng isang solid ay discharge breakdown, na sanhi ng ionization ng mga gas na adsorbed sa isang porous na materyal. Ang isang halimbawa ng naturang materyal ay mika. Ang mga gas na nakulong sa mga pores ng sangkap ay una sa lahat ng ionized, nangyayari ang mga pagtagas ng gas, na pagkatapos ay humantong sa pagkasira ng ibabaw ng mga pores ng base substance.