elektrik arızası

Atomlar arası, moleküller arası veya iyonlar arası bağların kopması nedeniyle elektronlar tarafından çarpma iyonlaşması sırasında meydana gelen bir dielektrikin parçalanma sürecine elektriksel bozulma denir. Elektrik arızasının süresi birkaç nanosaniyeden onlarca mikrosaniyeye kadar değişir.

Oluşma koşullarına bağlı olarak, elektrik hasarı zararlı veya faydalı olabilir. Yararlı bir elektrik arızasının bir örneği, bir içten yanmalı motor silindirinin çalışma alanındaki bir bujinin boşalmasıdır. Zararlı bir arıza örneği, bir elektrik hattındaki bir yalıtkanın arızalanmasıdır.

Elektrik kesintisi anında, kritik değerin üzerinde (arıza geriliminin üzerinde) bir voltaj uygulandığında, katı, sıvı veya gaz dielektrik (veya yarı iletken) içindeki akım keskin bir şekilde artar. Bu fenomen kısa bir süre (nanosaniye) sürebilir veya arkın gazda yanmaya başlaması ve yanmaya devam etmesi gibi uzun bir süre boyunca oluşabilir.

Şu ya da bu dielektrikin elektrik kırılma dayanımı Epr (dielektrik dayanımı), dielektrikin iç yapısına bağlıdır ve sıcaklıktan, numunenin boyutundan ya da uygulanan voltajın frekansından hemen hemen bağımsızdır. Bu nedenle, hava için dielektrik dayanımı normal koşullar altında yaklaşık 30 kV / mm'dir, katı dielektrikler için bu parametre 100 ila 1000 kV / mm aralığındadır, sıvı için ise sadece yaklaşık 100 kV / mm olacaktır.

Yapısal elementler (moleküller, iyonlar, makromoleküller, vb.) ne kadar yoğunsa, elektronların ortalama serbest yolu büyüdüğünden, yani elektronlar iyonize etmek için yeterli enerji kazandığından, dikkate alınan dielektrik maddenin kırılma mukavemeti o kadar düşük olur. uygulanan elektrik alanların yoğunluğu daha düşük olsa bile atomlar veya moleküller.

Katı bir dielektrikin iç yapısının homojen olmamasıyla ilgili olarak, dielektrikte oluşan elektrik alanın homojen olmaması, güçlü bir şekilde etkiler. böyle bir dielektrikin dielektrik dayanımı... Yapısı homojen olmayan bir dielektrik, eşit kuvvetteki bir elektrik alanına sokulursa, dielektrik içindeki elektrik alan homojen olmayacaktır.

Dielektrikten daha küçük bir kırılma mukavemeti değerine sahip olan mikro çatlaklar, gözenekler, dış inklüzyonlar, dielektrik içindeki elektrik alan kuvveti modelinde homojensizlikler üretecektir, bu da dielektrik içindeki yerel alanların daha yüksek mukavemete sahip olacağı anlamına gelir. mükemmel homojen bir dielektrikten beklenebilir.

Karton, kağıt veya cilalı kumaş gibi gözenekli dielektriklerin temsilcileri, özellikle düşük arıza voltajı göstergeleri ile ayırt edilir, çünkü hacimlerinde oluşan elektrik alanı keskin bir şekilde homojen değildir, bu da yerel alanlardaki yoğunluğun daha yüksek olacağı anlamına gelir. arıza daha düşük bir voltajda meydana gelir. Öyle ya da böyle, katı parçacıklarda elektriksel bozulma, aşağıda tartışacağımız üç mekanizma ile ilerleyebilir.

Bir katının elektriksel parçalanmasının ilk mekanizması, yük taşıyıcıların konsantrasyonunu artıran gaz moleküllerini veya kristal kafesi iyonize etmek için yeterli olan, ortalama serbest enerji yolu boyunca bir yük taşıyıcının elde edilmesiyle ilişkili olan aynı iç parçalanmadır. Burada serbest yük taşıyıcıları çığ olarak oluşur, dolayısıyla akım artar.

Bu mekanizmaya göre bir dielektrikte meydana gelen parçalanma kütlesel veya yüzeysel olabilir. Yarı iletkenler için, yüzey bozulması sözde filaman etkisi ile ilişkilendirilebilir.

Bir yarı iletken veya dielektrik kristal kafesi ısıtıldığında, ikinci bir elektriksel bozulma mekanizması olan termal bozulma gerçekleşebilir. Sıcaklık arttıkça, serbest yük taşıyıcıların kafes atomlarını iyonize etmesi daha kolay hale gelir; bu nedenle arıza gerilimi azalır. Ve ısıtmanın dielektrik üzerindeki alternatif bir elektrik alanının etkisinden mi yoksa sadece dışarıdan ısı transferinden mi kaynaklandığı o kadar önemli değildir.

Bir katının elektriksel olarak parçalanmasının üçüncü mekanizması, gözenekli bir malzemede adsorbe edilmiş gazların iyonlaşmasının neden olduğu deşarj bozulmasıdır. Böyle bir malzemenin bir örneği mikadır. Maddenin gözeneklerinde hapsolan gazlar öncelikle iyonize olur, gaz sızıntıları meydana gelir ve bu da daha sonra baz maddenin gözeneklerinin yüzeyinin tahrip olmasına yol açar.