વિદ્યુત નિષ્ફળતા

ડાઇલેક્ટ્રિકના ભંગાણની પ્રક્રિયા, જે ઇન્ટરએટોમિક, ઇન્ટરમોલેક્યુલર અથવા ઇન્ટરઓનિક બોન્ડના ભંગાણને કારણે ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા અસર આયનીકરણ દરમિયાન થાય છે, તેને ઇલેક્ટ્રિકલ બ્રેકડાઉન કહેવામાં આવે છે. વિદ્યુત નિષ્ફળતાનો સમયગાળો થોડા નેનોસેકન્ડથી દસ માઇક્રોસેકન્ડ સુધી બદલાય છે.

તેની ઘટનાના સંજોગો પર આધાર રાખીને, વિદ્યુત નુકસાન હાનિકારક અથવા ફાયદાકારક હોઈ શકે છે. ઉપયોગી વિદ્યુત ભંગાણનું ઉદાહરણ એ આંતરિક કમ્બશન એન્જિન સિલિન્ડરના કાર્યક્ષેત્રમાં સ્પાર્ક પ્લગનું વિસર્જન છે. હાનિકારક નિષ્ફળતાનું ઉદાહરણ પાવર લાઇન પરના ઇન્સ્યુલેટરની નિષ્ફળતા છે.

વિદ્યુત ભંગાણની ક્ષણે, જ્યારે નિર્ણાયક (બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજની ઉપર) ઉપરનો વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે નક્કર, પ્રવાહી અથવા વાયુયુક્ત ડાઇલેક્ટ્રિક (અથવા સેમિકન્ડક્ટર) માં વર્તમાન તીવ્રપણે વધે છે. આ ઘટના ટૂંકા ગાળા માટે (નેનોસેકન્ડ્સ) ટકી શકે છે અથવા લાંબા સમય સુધી સ્થાપિત થઈ શકે છે, જેમ કે ચાપ શરૂ થાય છે અને ગેસમાં બળવાનું ચાલુ રાખે છે.

આ અથવા તે ડાઇલેક્ટ્રિકની ઇલેક્ટ્રીક બ્રેકડાઉન સ્ટ્રેન્થ Epr (ડાઇલેક્ટ્રિક સ્ટ્રેન્થ) ડાઇલેક્ટ્રિકની આંતરિક રચના પર આધાર રાખે છે અને તે તાપમાન, નમૂનાના કદ અથવા લાગુ વોલ્ટેજની આવર્તનથી લગભગ સ્વતંત્ર છે. તેથી, હવા માટે, સામાન્ય સ્થિતિમાં ડાઇલેક્ટ્રિક શક્તિ લગભગ 30 kV / mm છે, ઘન ડાઇલેક્ટ્રિક્સ માટે આ પરિમાણ 100 થી 1000 kV / mm ની રેન્જમાં છે, જ્યારે પ્રવાહી માટે તે લગભગ 100 kV / mm હશે.

માળખાકીય તત્વો (પરમાણુઓ, આયનો, મેક્રોમોલેક્યુલ્સ, વગેરે) જેટલા ગીચ હોય છે, તેટલું ઓછું ગણાતા ડાઇલેક્ટ્રિકની ભંગાણ શક્તિ બને છે, કારણ કે ઇલેક્ટ્રોનનો સરેરાશ મુક્ત માર્ગ મોટો બને છે, એટલે કે, ઇલેક્ટ્રોન આયનીકરણ કરવા માટે પૂરતી ઊર્જા મેળવે છે. અણુઓ અથવા પરમાણુઓ લાગુ પડેલા ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રોની ઓછી તીવ્રતા સાથે પણ.

ડાઇલેક્ટ્રિકમાં રચાયેલી ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડની અસંગતતા, ઘન ડાઇલેક્ટ્રિકની આંતરિક રચનાની અસંગતતા સાથે સંબંધિત, ભારપૂર્વક અસર કરે છે આવા ડાઇલેક્ટ્રિકની ડાઇલેક્ટ્રિક તાકાત… જો ડાઇલેક્ટ્રિક જેનું માળખું અસંગત હોય તેને સમાન શક્તિના ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રમાં દાખલ કરવામાં આવે, તો ડાઇલેક્ટ્રિકની અંદરનું ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર અસંગત હશે.

માઇક્રોક્રેક્સ, છિદ્રો, બાહ્ય સમાવેશ કે જેનું બ્રેકડાઉન સ્ટ્રેન્થ વેલ્યુ ડાઇલેક્ટ્રિક કરતાં ઓછું હોય છે, તે ડાઇલેક્ટ્રિકની અંદર ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ સ્ટ્રેન્થ પેટર્નમાં અસંગતતા પેદા કરશે, એટલે કે ડાઇલેક્ટ્રિકની અંદરના સ્થાનિક વિસ્તારોમાં વધુ મજબૂતાઇ હશે. અને બ્રેકડાઉન કરતાં ઓછા વોલ્ટેજ પર થઇ શકે છે. સંપૂર્ણ સજાતીય ડાઇલેક્ટ્રિક પાસેથી અપેક્ષા રાખવામાં આવશે.

છિદ્રાળુ ડાઇલેક્ટ્રિક્સના પ્રતિનિધિઓ, જેમ કે કાર્ડબોર્ડ, કાગળ અથવા વાર્નિશ્ડ કાપડ, બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજના ખાસ કરીને નીચા સૂચકાંકો દ્વારા અલગ પડે છે, કારણ કે તેમના વોલ્યુમમાં રચાયેલ ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર તીવ્રપણે અસંગત છે, જેનો અર્થ છે કે સ્થાનિક વિસ્તારોમાં તીવ્રતા વધુ હશે - ઉચ્ચ અને ભંગાણ ઓછા વોલ્ટેજ પર થશે. એક અથવા બીજી રીતે, ઘન કણોમાં, વિદ્યુત ભંગાણ ત્રણ પદ્ધતિઓ દ્વારા આગળ વધી શકે છે, જેની આપણે નીચે ચર્ચા કરીશું.

સોલિડના વિદ્યુત ભંગાણની પ્રથમ પદ્ધતિ એ જ આંતરિક ભંગાણ છે, જે સરેરાશ મુક્ત ઊર્જા માર્ગ સાથે ચાર્જ કેરિયરના સંપાદન સાથે સંકળાયેલું છે, જે ગેસના અણુઓ અથવા સ્ફટિક જાળીને આયનીકરણ કરવા માટે પૂરતું છે, જે ચાર્જ કેરિયર્સની સાંદ્રતામાં વધારો કરે છે. અહીં ચાર્જના મફત વાહકો હિમપ્રપાત તરીકે રચાય છે, તેથી વર્તમાન વધે છે.

આ પદ્ધતિ અનુસાર ડાઇલેક્ટ્રિકમાં બનતું ભંગાણ બલ્ક અથવા સપાટી હોઈ શકે છે. સેમિકન્ડક્ટર્સ માટે, સપાટીનું ભંગાણ કહેવાતા ફિલામેન્ટરી અસરથી સંબંધિત હોઈ શકે છે.

જ્યારે સેમિકન્ડક્ટર અથવા ડાઇલેક્ટ્રિકની સ્ફટિક જાળીને ગરમ કરવામાં આવે છે, ત્યારે વિદ્યુત ભંગાણ, થર્મલ બ્રેકડાઉનની બીજી પદ્ધતિ થઈ શકે છે. જેમ જેમ તાપમાન વધે છે તેમ, ફ્રી ચાર્જ કેરિયર્સ જાળીના અણુઓને આયનીકરણ કરવાનું સરળ બને છે; તેથી બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ ઘટે છે. અને તે એટલું મહત્વનું નથી કે હીટિંગ ડાઇલેક્ટ્રિક પર વૈકલ્પિક ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની ક્રિયાથી થઈ છે અથવા ફક્ત બહારથી ગરમીના સ્થાનાંતરણથી.

સોલિડના વિદ્યુત ભંગાણની ત્રીજી પદ્ધતિ ડિસ્ચાર્જ બ્રેકડાઉન છે, જે છિદ્રાળુ સામગ્રીમાં શોષાયેલા વાયુઓના આયનીકરણને કારણે થાય છે. આવી સામગ્રીનું ઉદાહરણ મીકા છે. પદાર્થના છિદ્રોમાં ફસાયેલા વાયુઓ સૌ પ્રથમ આયનાઇઝ્ડ હોય છે, ગેસ લિક થાય છે, જે પછી આધાર પદાર્થના છિદ્રોની સપાટીના વિનાશ તરફ દોરી જાય છે.