mất điện

Quá trình đánh thủng chất điện môi, xảy ra trong quá trình ion hóa do tác động của các electron do sự đứt gãy của liên kết giữa các nguyên tử, giữa các phân tử hoặc giữa các ion, được gọi là sự đánh thủng điện. Khoảng thời gian xảy ra sự cố điện thay đổi từ vài nano giây đến hàng chục micro giây.

Tùy thuộc vào hoàn cảnh xảy ra, thiệt hại về điện có thể có hại hoặc có lợi. Một ví dụ về sự cố điện hữu ích là sự phóng điện của bugi trong khu vực làm việc của xi lanh động cơ đốt trong. Một ví dụ về sự cố có hại là sự cố của chất cách điện trên đường dây điện.

Tại thời điểm đánh thủng điện, khi đặt một điện áp trên mức tới hạn (trên điện áp đánh thủng), dòng điện trong chất điện môi rắn, lỏng hoặc khí (hoặc chất bán dẫn) tăng mạnh. Hiện tượng này có thể tồn tại trong một khoảng thời gian ngắn (nano giây) hoặc được thiết lập trong một thời gian dài, ngay khi hồ quang bắt đầu và tiếp tục cháy trong khí.

Cường độ đánh thủng điện Epr (độ bền điện môi) của chất điện môi này hay chất điện môi kia phụ thuộc vào cấu trúc bên trong của chất điện môi và hầu như không phụ thuộc vào nhiệt độ, kích thước của mẫu cũng như tần số của điện áp đặt vào. Vì vậy, đối với không khí, cường độ điện môi trong điều kiện bình thường là khoảng 30 kV / mm, đối với chất điện môi rắn, thông số này nằm trong khoảng từ 100 đến 1000 kV / mm, trong khi đối với chất lỏng sẽ chỉ khoảng 100 kV / mm.

Các phần tử cấu trúc (phân tử, ion, đại phân tử, v.v.) càng dày đặc thì cường độ đánh thủng của chất điện môi được xem xét càng thấp, do quãng đường tự do trung bình của các electron trở nên lớn hơn, nghĩa là các electron thu đủ năng lượng để ion hóa các nguyên tử hoặc phân tử ngay cả với cường độ thấp hơn của điện trường ứng dụng.

Tính không đồng nhất của điện trường hình thành trong chất điện môi, liên quan đến tính không đồng nhất của cấu trúc bên trong của chất điện môi rắn, ảnh hưởng mạnh độ bền điện môi của một chất điện môi như vậy… Nếu một chất điện môi có cấu trúc không đồng nhất được đưa vào một điện trường có cường độ bằng nhau, thì điện trường bên trong chất điện môi sẽ không đồng nhất.

Các vết nứt nhỏ, lỗ xốp, tạp chất bên ngoài có giá trị cường độ đánh thủng nhỏ hơn bản thân chất điện môi sẽ tạo ra sự không đồng nhất trong mô hình cường độ điện trường bên trong chất điện môi, nghĩa là các vùng cục bộ bên trong chất điện môi sẽ có cường độ cao hơn và sự đánh thủng có thể xảy ra ở điện áp thấp hơn sẽ được mong đợi từ một chất điện môi hoàn toàn đồng nhất.

Các đại diện của chất điện môi xốp, chẳng hạn như bìa cứng, giấy hoặc vải đánh véc ni, được phân biệt bằng các chỉ số điện áp đánh thủng đặc biệt thấp, vì điện trường hình thành trong thể tích của chúng rất không đồng nhất, điều đó có nghĩa là cường độ ở các khu vực cục bộ sẽ cao hơn - và sự cố sẽ xảy ra ở điện áp thấp hơn. Bằng cách này hay cách khác, trong các hạt rắn, sự cố điện có thể xảy ra theo ba cơ chế mà chúng ta sẽ thảo luận dưới đây.

Cơ chế đầu tiên của sự cố điện của chất rắn là sự cố bên trong tương tự, liên quan đến việc thu được chất mang điện tích dọc theo đường năng lượng tự do trung bình, đủ để ion hóa các phân tử khí hoặc mạng tinh thể, làm tăng nồng độ chất mang điện tích. Ở đây các hạt tải điện tự do hình thành như một trận tuyết lở, do đó dòng điện tăng lên.

Sự đánh thủng xảy ra trong chất điện môi theo cơ chế này có thể là dạng khối hoặc bề mặt. Đối với chất bán dẫn, sự cố bề mặt có thể liên quan đến cái gọi là hiệu ứng dây tóc.

Khi mạng tinh thể của chất bán dẫn hoặc chất điện môi bị nung nóng, cơ chế thứ hai của sự cố điện, sự cố nhiệt, có thể xảy ra. Khi nhiệt độ tăng, các hạt mang điện tự do trở nên dễ ion hóa các nguyên tử mạng tinh thể hơn; do đó điện áp đánh thủng giảm. Và việc sưởi ấm xảy ra do tác động của điện trường xoay chiều lên chất điện môi hay đơn giản là do sự truyền nhiệt từ bên ngoài không quá quan trọng.

Cơ chế thứ ba của sự cố điện của chất rắn là sự cố phóng điện, gây ra bởi sự ion hóa các chất khí được hấp phụ trong vật liệu xốp. Một ví dụ về vật liệu như vậy là mica. Khí bị mắc kẹt trong các lỗ chân lông của chất trước hết bị ion hóa, xảy ra rò rỉ khí, sau đó dẫn đến sự phá hủy bề mặt lỗ chân lông của chất cơ bản.