Falha elétrica
O processo de quebra de um dielétrico, que ocorre durante a ionização por impacto por elétrons devido à ruptura de ligações interatômicas, intermoleculares ou interiônicas, é chamado de quebra elétrica. O tempo de duração da falha elétrica varia de alguns nanossegundos a dezenas de microssegundos.
Dependendo das circunstâncias de sua ocorrência, os danos elétricos podem ser prejudiciais ou benéficos. Um exemplo de falha elétrica útil é a descarga de uma vela de ignição na área de trabalho de um cilindro de motor de combustão interna. Um exemplo de falha prejudicial é a falha de um isolador em uma linha de energia.
No momento da quebra elétrica, quando uma tensão acima da crítica (acima da tensão de ruptura) é aplicada, a corrente em um dielétrico sólido, líquido ou gasoso (ou semicondutor) aumenta drasticamente. Esse fenômeno pode durar um curto período de tempo (nanossegundos) ou se estabelecer por um longo tempo, assim como o arco inicia e continua queimando no gás.
A resistência à ruptura elétrica Epr (dielétrica) deste ou daquele dielétrico depende da estrutura interna do dielétrico e é quase independente da temperatura, nem do tamanho da amostra, nem da frequência da tensão aplicada. Assim, para o ar, a rigidez dielétrica em condições normais é de cerca de 30 kV / mm, para dielétricos sólidos esse parâmetro está na faixa de 100 a 1000 kV / mm, enquanto para o líquido será de apenas cerca de 100 kV / mm.
Quanto mais densos forem os elementos estruturais (moléculas, íons, macromoléculas, etc.) átomos ou moléculas mesmo com uma intensidade menor dos campos elétricos aplicados.
A falta de homogeneidade do campo elétrico formado no dielétrico, relacionada à falta de homogeneidade da estrutura interna de um dielétrico sólido, afeta fortemente rigidez dielétrica de tal dielétrico… Se um dielétrico cuja estrutura não é homogênea é introduzido em um campo elétrico de igual intensidade, então o campo elétrico dentro do dielétrico será não homogêneo.
Microfissuras, poros, inclusões externas que possuem um valor de resistência à ruptura menor que o próprio dielétrico gerarão inomogeneidades no padrão de intensidade do campo elétrico dentro do dielétrico, significando que áreas locais dentro do dielétrico terão maior resistência. e a ruptura pode ocorrer em tensões inferiores a seria esperado de um dielétrico perfeitamente homogêneo.
Representantes de dielétricos porosos, como papelão, papel ou tecido envernizado, distinguem-se por indicadores particularmente baixos de tensão de ruptura, uma vez que o campo elétrico formado em seu volume é acentuadamente não homogêneo, o que significa que a intensidade nas áreas locais será mais - alta e a quebra ocorrerá em uma tensão mais baixa. De uma forma ou de outra, em partículas sólidas, a ruptura elétrica pode ocorrer por três mecanismos, que discutiremos a seguir.
O primeiro mecanismo de quebra elétrica de um sólido é a mesma quebra interna, que está associada à aquisição de um portador de carga ao longo do caminho médio de energia livre, suficiente para ionizar as moléculas do gás ou rede cristalina, o que aumenta a concentração de portadores de carga. Aqui os portadores livres de carga se formam como uma avalanche, portanto a corrente aumenta.
A quebra que ocorre em um dielétrico de acordo com esse mecanismo pode ser em massa ou superficial. Para semicondutores, a quebra da superfície pode estar relacionada ao chamado efeito filamentoso.
Quando a rede cristalina de um semicondutor ou dielétrico é aquecida, pode ocorrer um segundo mecanismo de quebra elétrica, a quebra térmica. À medida que a temperatura aumenta, os portadores de carga livres tornam-se mais fáceis de ionizar os átomos da rede; portanto, a tensão de ruptura diminui. E não é tão importante se o aquecimento ocorreu pela ação de um campo elétrico alternado no dielétrico ou simplesmente pela transferência de calor de fora.
O terceiro mecanismo de quebra elétrica de um sólido é a quebra por descarga, que é causada pela ionização de gases adsorvidos em um material poroso. Um exemplo de tal material é a mica. Os gases presos nos poros da substância são primeiramente ionizados, ocorrem vazamentos de gás, que levam à destruição da superfície dos poros da substância de base.