전기 고장

원자간, 분자간 또는 이온간 결합의 파열로 인해 전자에 의한 충격 이온화 중에 발생하는 유전체의 파괴 과정을 전기적 파괴라고 합니다. 전기 고장의 지속 시간은 수 나노초에서 수십 마이크로초까지 다양합니다.

발생 상황에 따라 전기적 손상은 해로울 수도 있고 이로울 수도 있습니다. 유용한 전기 고장의 예는 내연 기관 실린더의 작업 영역에서 점화 플러그가 방전되는 것입니다. 유해한 고장의 예는 전력선의 절연체 고장입니다.

전기적 고장이 발생하는 순간 임계 전압(고장 전압 이상) 이상의 전압이 가해지면 고체, 액체 또는 기체 유전체(또는 반도체)의 전류가 급격히 증가합니다. 이 현상은 짧은 시간(나노초) 동안 지속되거나 아크가 시작되고 계속해서 가스가 연소되는 것처럼 오랜 시간 동안 확립될 수 있습니다.

이것 또는 저 유전체의 전기 파괴 강도(Epr)(유전 강도)는 유전체의 내부 구조에 따라 다르며 온도, 샘플 크기, 인가 전압의 주파수와 거의 무관합니다. 따라서 공기의 경우 정상적인 조건에서 유전 강도는 약 30kV / mm이고 고체 유전체의 경우이 매개 변수는 100 ~ 1000kV / mm 범위이며 액체의 경우 약 100kV / mm에 불과합니다.

구조 요소(분자, 이온, 거대분자 등)의 밀도가 높을수록 전자의 평균 자유 경로가 더 커지기 때문에 고려되는 유전체의 파괴 강도가 낮아집니다. 즉, 전자는 이온화하기에 충분한 에너지를 얻습니다. 적용된 전기장의 강도가 더 낮더라도 원자 또는 분자.

고체 유전체의 내부 구조의 불균일성과 관련하여 유전체에 형성되는 전기장의 불균일성은 크게 영향을 미칩니다. 이러한 유전체의 절연 내력… 불균일한 구조의 유전체가 동일한 강도의 전기장에 도입되면 유전체 내부의 전기장은 불균일할 것입니다.

유전체 자체보다 항복 강도 값이 작은 미세 균열, 기공, 외부 개재물은 유전체 내부의 전계 강도 패턴에 불균일을 발생시켜 유전체 내부의 국부적 영역이 더 높은 강도를 갖게 되며, 유전체보다 낮은 전압에서 파괴가 발생할 수 있습니다. 완벽하게 균질한 유전체에서 기대할 수 있습니다.

판지, 종이 또는 니스 칠한 천과 같은 다공성 유전체의 대표자는 체적에 형성된 전기장이 급격히 불균일하기 때문에 항복 전압의 특히 낮은 지표로 구별됩니다. 더 낮은 전압에서 고장이 발생합니다. 어떤 식으로든 고체 입자에서 전기적 파괴는 세 가지 메커니즘에 의해 진행될 수 있으며, 이에 대해서는 아래에서 논의할 것입니다.

고체의 전기적 파괴의 첫 번째 메커니즘은 동일한 내부 파괴이며, 이는 평균 자유 에너지 경로를 따라 전하 캐리어의 획득과 관련되어 가스 분자 또는 결정 격자를 이온화하기에 충분하여 전하 캐리어의 농도를 증가시킵니다. 여기서 자유 전하 캐리어는 눈사태로 형성되므로 전류가 증가합니다.

이 메커니즘에 따라 유전체에서 발생하는 파괴는 벌크 또는 표면일 수 있습니다. 반도체의 경우 표면 파괴는 소위 필라멘트 효과와 관련될 수 있습니다.

반도체 또는 유전체의 결정 격자가 가열되면 전기적 파괴의 두 번째 메커니즘인 열적 파괴가 발생할 수 있습니다. 온도가 증가함에 따라 자유 전하 캐리어는 격자 원자를 이온화하기가 더 쉬워집니다. 따라서 항복 전압이 감소합니다. 그리고 가열이 유전체에 교류 전기장의 작용으로 발생했는지 또는 단순히 외부로부터의 열 전달로 인해 발생했는지는 그다지 중요하지 않습니다.

고체의 전기적 파괴의 세 번째 메커니즘은 다공성 물질에 흡착된 가스의 이온화로 인해 발생하는 방전 파괴입니다. 이러한 재료의 예는 운모입니다. 물질의 기공에 갇힌 가스는 먼저 이온화되고 가스 누출이 발생하여 기본 물질의 기공 표면이 파괴됩니다.