기체 전도도

가스는 일반적으로 우수한 유전체입니다(예: 깨끗하고 이온화되지 않은 공기). 그러나 가스가 유기 및 무기 입자와 혼합된 수분을 포함하고 동시에 이온화되면 전기를 전도합니다.

모든 기체에는 전압이 가해지기 전에도 일정한 양의 전하를 띤 입자(전자 및 이온)가 무작위로 열 운동을 하고 있습니다. 이들은 가스의 하전 입자일 수도 있고 고체 및 액체의 하전 입자일 수도 있습니다. 예를 들어 공기 중에서 발견되는 불순물입니다.

기체 유전체에서 전하를 띤 입자의 형성은 우주 및 태양 광선, 지구의 방사성 복사 등 외부 에너지원(외부 이온화 장치)의 가스 이온화로 인해 발생합니다.

가스의 전기 전도도는 주로 이온화 정도에 따라 달라지며 다양한 방식으로 수행될 수 있습니다. 일반적으로 가스의 이온화는 중성 가스 분자에서 전자가 방출되어 발생합니다.

가스 분자에서 방출된 전자는 가스의 분자간 공간에서 혼합되며 여기에서 가스의 유형에 따라 상대적으로 긴 이동 "독립성"을 유지할 수 있습니다(예: 이러한 가스에서 수소 충격 H2 , 질소 n2) 또는 반대로 중성 분자에 빠르게 침투하여 음이온(예: 산소)으로 전환합니다.

가스 이온화의 가장 큰 효과는 X 선, 음극선 또는 방사성 물질에서 방출되는 광선을 조사함으로써 달성됩니다.

여름의 대기는 햇빛의 영향으로 매우 집중적으로 이온화됩니다. 공기 중의 수분은 이온에 응축되어 전기를 띤 가장 작은 물방울을 형성합니다. 결국 번개를 동반한 뇌운은 개별적으로 전하를 띤 물방울, 즉 대기 전기의 전기 방전.

외부 이온화 장치에 의한 가스 이온화 과정은 에너지의 일부를 가스 원자로 전달하는 것입니다. 이 경우 원자가 전자는 추가 에너지를 얻고 원자에서 분리되어 양전하를 띤 입자인 양이온이 됩니다.

형성된 자유 전자는 가스(예: 수소, 질소)에서 오랜 시간 동안 또는 일정 시간이 지나면 전기적으로 중성인 원자 및 가스 분자에 부착되어 음이온으로 전환되지 않고 독립성을 유지할 수 있습니다.

가스에서 전하를 띤 입자의 출현은 금속 전극이 가열되거나 복사 에너지에 노출될 때 금속 전극 표면에서 전자가 방출되어 발생할 수도 있습니다.교란된 열 운동 중에 일부 반대 전하(전자)와 양전하(이온) 입자가 서로 결합하여 전기적으로 중성인 원자와 가스 분자를 형성합니다. 이 과정을 복구 또는 재조합이라고 합니다.

금속 전극(디스크, 볼) 사이에 많은 양의 가스가 둘러싸여 있으면 전극에 전압이 가해지면 가스의 하전 입자에 전기력, 즉 전계 강도가 작용합니다.

이러한 힘의 작용으로 전자와 이온이 한 전극에서 다른 전극으로 이동하여 가스에 전류를 생성합니다.

가스의 전류가 클수록 단위 시간당 유전체가 다른 하전 입자가 더 많이 형성되고 전계력의 작용으로 얻는 속도가 빨라집니다.

주어진 부피의 기체에 가해지는 전압이 증가함에 따라 전자와 이온에 작용하는 전기력이 증가한다는 것은 분명합니다. 이 경우 하전 입자의 속도와 가스의 전류가 증가합니다.

가스 체적에 적용된 전압의 함수로서 전류 크기의 변화는 볼트-암페어 특성이라는 곡선 형태로 그래프로 표현됩니다.

기체 유전체의 전류-전압 특성

전류-전압 특성은 전기장이 약한 영역에서 하전 입자에 작용하는 전기력이 상대적으로 작을 때(그래프의 영역 I) 가스의 전류는 인가된 전압 값에 비례하여 증가함을 보여줍니다. . 이 영역에서 전류는 옴의 법칙에 따라 변합니다.

전압이 더 증가함에 따라(영역 II) 전류와 전압 사이의 비례성이 깨집니다. 이 영역에서 전도 전류는 전압에 의존하지 않습니다. 여기에서 에너지는 하전된 가스 입자(전자 및 이온)에서 축적됩니다.

전압이 더 증가하면(영역 III) 하전 입자의 속도가 급격히 증가하여 중성 가스 입자와 충돌하는 경우가 많습니다. 이러한 탄성 충돌 동안 전자와 이온은 축적된 에너지의 일부를 중성 기체 입자로 전달합니다. 결과적으로 전자는 원자에서 제거됩니다. 이 경우 새로운 전하를 띤 입자, 즉 자유 전자와 이온이 형성됩니다.

비행 하전 입자가 가스의 원자 및 분자와 매우 자주 충돌한다는 사실 때문에 새로운 전하 입자의 형성이 매우 집중적으로 발생합니다. 이 과정을 충격 가스 이온화라고 합니다.

충격 이온화 영역(그림의 영역 III)에서 가스의 전류는 전압이 가장 적게 증가해도 빠르게 증가합니다. 기체 유전체의 충격 이온화 과정은 기체의 체적 저항이 급격히 감소하고 유전정접.

당연히 기체 유전체는 충격 이온화 프로세스가 발생하는 값보다 낮은 전압에서 사용할 수 있습니다. 이 경우 가스는 체적 비저항이 매우 높고(1020ohms)xcm) 유전 손실 각의 탄젠트가 매우 작은(tgδ ≈ 10-6) 매우 우수한 유전체입니다.따라서 가스, 특히 공기는 예를 들어 커패시터, 가스 충전 케이블 및 고전압 회로 차단기.

전기 절연 구조에서 유전체로서의 가스의 역할

모든 절연 구조에서 공기 또는 기타 가스는 어느 정도 절연 요소로 존재합니다. 가공선(VL), 모선, 변압기 단자 및 다양한 고전압 장치의 도체는 공기가 있는 유일한 절연 매체인 간격으로 서로 분리됩니다.

이러한 구조의 절연 강도 위반은 절연체가 만들어지는 유전체의 파괴와 대기 중 또는 유전체 표면의 방전 결과로 발생할 수 있습니다.

완전한 고장으로 이어지는 절연체 파괴와 달리 표면 방전은 일반적으로 고장을 동반하지 않습니다. 따라서 표면 중첩 전압이나 공기 중의 항복 전압이 절연체의 항복 전압보다 작은 방식으로 절연 구조를 만들면 이러한 구조의 실제 절연 내력은 공기의 절연 내력에 의해 결정됩니다.

위의 경우에서 공기는 절연 구조물이 위치한 천연 가스 매질과 관련이 있습니다. 또한 공기 또는 기타 가스는 케이블, 커패시터, 변압기 및 기타 전기 장치를 절연하는 주요 절연 재료 중 하나로 자주 사용됩니다.

절연 구조의 안정적이고 문제 없는 작동을 보장하려면 전압의 형태와 지속 시간, 가스의 온도와 압력, 전기장 등

이 항목을 참조하십시오. 가스의 방전 유형