פריצה חשמלית

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
פריצה חשמלית המתרחשת בסליל טסלה

פריצה חשמליתאנגלית: Electrical breakdown) היא מצב שבו שדה חשמלי גובר על ההתנגדות של מבודד, כתוצאה מכך נוצר ניצוץ העובר דרך המבודד. מצב זה יכול להיות רגעי כמו בפריקה של חשמל סטטי, או לחלופין יכול לגרום לקשת חשמלית רציפה במקרה שההגנה חשמלית לא תקינה ולא מצליחה להפסיק את הזרם במעגל.

תיאור התופעה[עריכת קוד מקור | עריכה]

פריצה חשמלית מתרחשת לרוב כאשר יש קצר חשמלי כתוצאה מכך שמתח המעגל עבר את מתח הפריצה של המערכת. פריצה זאת, הגורמת פעמים להפעלה של המאמ"ת, נוצרת לרוב במתקני מתח גבוה כאשר נגרם נזק לקבלים או שנאיים בתחנת חלוקת החשמל, אך יכולה להגרם גם במבודדים הנמצאים בקווי החשמל, בקווי חשמל תת-קרקעיים וכן בקווי חשמל העוברים בסמוך לעצים. פריצה חשמלית יכולה להתרחש במבודדים נוזליים כגון שמן ומים, מוצקים, וכן בגזים ובריק. עם זאת ישנו הבדל משמעותי בפריצה בכל אחד מסוגי המבודדים, לכל אחד מהם יש חוזק דיאלקטרי שונה אשר משפיע ישירות על גודל מתח הפריצה.

בעקבות הפריצה החשמלית, המבודד עובר במהירות ממצב של בידוד למצב של מוליכות. מעבר זה גורם ליצירת ניצוץ חשמלי, ולעתים אף לקשת חשמלית, העוברים דרך המבודד. במבודד מוצק, פריצה זו גורמת לנזק פיזי קבוע המפחית את החוזק הדיאלקטרי שלו, ועקב כך צריך להחליפו במבודד חדש, בנוסף במבודד מוצק עם הזמן נוצר בלאי טבעי עקב התפרקויות חלקיות של החשמל. אולם במבודדים במצב נוזל או גז, לאחר פריצה, החוזק הדיאלקטרי חוזר למצבו הקודם ואין צורך להחליפו.

פריצה חשמלית בהילוך איטי

בגז, כאשר המתח גדל, נוצר תהליך של יינון הגורם להולכה. כאמור, פעולה זו גורמת בדרך כלל נזק, אולם לעתים תהליך זה מתרחש במכוון כגון בנורות פלואורסצנט או במערכות שלמשקעים אלקטרוסטטים.

בעת הפריצה נפלטים לאוויר מספר גזים, בין השאר פחמן חד-חמצני, חמצן דו-חנקני ואוזון, כך שלעתים באזורים של הפריצה החשמלית, בגלל ריחו הדומיננטי, ניתן להבחין בריחו של האוזון באוויר. כמו כן ניתן להרגיש ריח זה גם בזמן סופת ברקים. בנוסף ברקים הם דוגמה לפריצה חשמלית היוצרת ניצוץ חשמלי עצום היכול להגיע לאורך של קילומטרים.

המנגנון הפיזיקלי שמאחורי פריצה חשמלית[עריכת קוד מקור | עריכה]

כאשר המתח החשמלי המופעל על תווך גזי אינו גבוה מספיק, התוצאה היא חימום זניח של התווך הגזי, בהתאם לנוסחה להספק חשמלי כאשר V הוא המתח החשמלי המופל על התווך ו-R הוא ההתנגדות החשמלית (הגבוהה מאוד) של התווך הגזי (הכמעט מבודד). לפי מודל דרודה, המוליכות החשמלית של חומר תלויה בצפיפות היונים החופשיים שלו ובמהלך החופשי הממוצע שלהם. לעומת זאת, כאשר מופעל על תווך מתח חשמלי גבוה מערך מתח הפריצה שלו, האלקטרונים שמאיצים בהשפעת השדה החשמלי החיצוני רוכשים מספיק אנרגיה קינטית כדי שכאשר יתנגשו עם מולקולות הגז, הם יעקרו מהם אלקטרונים נוספים. התוצאה של ההתנגשויות האנרגטיות עם מולקולות הגז היא אלקטרונים חופשיים נוספים, שאלו בתורם גם יאיצו וישחררו אלקטרונים נוספים. התוצאה היא תגובת שרשרת, בה במעיין תהליך משוב חיובי המתחזק את עצמו מתאפשרת מוליכות חשמלית גבוהה של הגז.

המנגנון שתואר לעיל נקרא פריקת טאונסנד (Townsend discharge) על שם הפיזיקאי האנגלי John Sealy Townsend, אשר גילה את מנגנון היינון הבסיסי בעבודתו שבין השנים 1897 ו-1901. הפיזיקאי הגרמני פרידריך פאשן, הידוע בעבודתו הפורצת דרך על פריקות חשמליות, הצליח אף לתאר מתמטית את ההתנהגות הלא לינארית של תלות הזרם במתח המופעל, והציע מודל שמאפשר לחזות את מתח הפריצה של גזים שונים (במה שנקרא Paschen's Law).

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]