Kegagalan listrik

Proses penguraian dielektrik, yang terjadi selama tumbukan ionisasi oleh elektron karena pecahnya ikatan interatomik, antarmolekul, atau interionik, disebut kerusakan listrik. Durasi waktu kegagalan listrik bervariasi dari beberapa nanodetik hingga puluhan mikrodetik.

Tergantung pada keadaan terjadinya, kerusakan listrik bisa berbahaya atau menguntungkan. Contoh gangguan listrik yang berguna adalah pelepasan busi di area kerja silinder mesin pembakaran dalam. Contoh kegagalan yang berbahaya adalah kegagalan isolator pada saluran listrik.

Pada saat gangguan listrik, ketika tegangan di atas kritis (di atas tegangan tembus) diterapkan, arus dalam dielektrik (atau semikonduktor) padat, cair atau gas meningkat tajam. Fenomena ini dapat berlangsung dalam waktu singkat (nanodetik) atau berlangsung lama, tepat saat busur mulai dan terus menyala dalam gas.

Kekuatan tembus listrik Epr (kekuatan dielektrik) dari dielektrik ini atau itu tergantung pada struktur internal dielektrik dan hampir tidak tergantung pada suhu, ukuran sampel, atau frekuensi tegangan yang diberikan. Jadi, untuk udara, kekuatan dielektrik dalam kondisi normal sekitar 30 kV / mm, untuk dielektrik padat parameter ini berkisar antara 100 hingga 1000 kV / mm, sedangkan untuk cairan hanya sekitar 100 kV / mm.

Semakin padat elemen struktural (molekul, ion, makromolekul, dll.), Semakin rendah kekuatan penguraian dielektrik yang dianggap, karena jalur bebas rata-rata elektron menjadi lebih besar, yaitu, elektron mendapatkan energi yang cukup untuk mengionisasi. atom atau molekul bahkan dengan intensitas medan listrik terapan yang lebih rendah.

Ketidakhomogenan medan listrik yang terbentuk dalam dielektrik, terkait dengan ketidakhomogenan struktur internal dielektrik padat, sangat mempengaruhi kekuatan dielektrik dari dielektrik semacam itu… Jika dielektrik yang strukturnya tidak homogen dimasukkan ke dalam medan listrik dengan kekuatan yang sama, maka medan listrik di dalam dielektrik akan menjadi tidak homogen.

Microcracks, pori-pori, inklusi eksternal yang memiliki nilai kekuatan tembus lebih kecil dari dielektrik itu sendiri akan menimbulkan ketidakhomogenan pada pola kekuatan medan listrik di dalam dielektrik, artinya area lokal di dalam dielektrik akan memiliki kekuatan yang lebih tinggi. diharapkan dari dielektrik yang homogen sempurna.

Perwakilan dari dielektrik berpori, seperti karton, kertas atau kain pernis, dibedakan dengan indikator tegangan tembus yang sangat rendah, karena medan listrik yang terbentuk dalam volumenya sangat tidak homogen, yang berarti intensitas di area lokal akan lebih - tinggi dan kerusakan akan terjadi pada tegangan yang lebih rendah. Dengan satu atau lain cara, dalam partikel padat, gangguan listrik dapat terjadi melalui tiga mekanisme, yang akan kita bahas di bawah.

Mekanisme pertama kerusakan listrik padatan adalah kerusakan internal yang sama, yang dikaitkan dengan perolehan pembawa muatan di sepanjang jalur energi bebas rata-rata, cukup untuk mengionisasi molekul gas atau kisi kristal, yang meningkatkan konsentrasi pembawa muatan. Di sini pembawa muatan gratis terbentuk sebagai longsoran salju, karenanya arus meningkat.

Kerusakan yang terjadi dalam dielektrik menurut mekanisme ini dapat bersifat massal atau permukaan. Untuk semikonduktor, kerusakan permukaan dapat dikaitkan dengan apa yang disebut efek filamen.

Ketika kisi kristal semikonduktor atau dielektrik dipanaskan, maka mekanisme kedua kerusakan listrik, kerusakan termal, dapat terjadi. Saat suhu meningkat, pembawa muatan bebas menjadi lebih mudah untuk mengionisasi atom kisi; oleh karena itu tegangan tembusnya berkurang. Dan tidak begitu penting apakah pemanasan terjadi dari aksi medan listrik bolak-balik pada dielektrik atau hanya dari perpindahan panas dari luar.

Mekanisme ketiga kerusakan listrik padatan adalah gangguan pelepasan, yang disebabkan oleh ionisasi gas yang teradsorpsi dalam bahan berpori. Contoh dari bahan tersebut adalah mika. Gas yang terperangkap dalam pori-pori zat pertama-tama terionisasi, terjadi kebocoran gas, yang kemudian menyebabkan rusaknya permukaan pori-pori zat dasar.