ब्रेकडाउन वोल्टता

एक इन्सुलेटर स्ट्रिंग का उच्च वोल्टेज टूटना

एक इन्सुलेटर (बिजली को रोकने वाला) का ब्रेकडाउन (अवरोध) वोल्टेज न्यूनतम वोल्टेज होता है जो एक विंसवाहक के एक हिस्से को विद्युत अवरोध का अनुभव करने और विद्युत प्रवाहकीय (सामग्री) बनने का कारण बनता है।

डायोड के लिए, अवरोध वोल्टेज न्यूनतम उत्क्रम वोल्टेज है जो डायोड के संचालन को काफी हद तक उलट देता है। लेकिन कुछ उपकरणों (जैसे (प्रत्यावर्ती धारा के लिए ट्रायोड ) TRIAC ) में फॉरवर्ड ब्रेकडाउन वोल्टेज भी होता है।

विद्युत अवरोध

Main article: Electrical breakdown

सामग्रियों को अक्सर उनकी प्रतिरोधकता के आधार पर विद्युत संवाहक या इन्सुलेटर (विंसवाहक) के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। एक संवाहक एक पदार्थ है जिसमें कई मोबाइल चार्ज किए हुए कण होते हैं जिन्हें प्रभारी वाहक कहा जाता है जो सामग्री के अंदर घूमने के लिए स्वतंत्र होते हैं। सामग्री के विभिन्न पक्षों मे विद्युत संपर्कों के बीच वोल्टेज अंतर को लागू करके सामग्री के एक टुकड़े में एक विद्युत क्षेत्र बनाया जाता है। क्षेत्र का बल सामग्री के भीतर आवेश वाहकों को स्थानांतरित करने का कारण बनता है, जिससे सकारात्मक संपर्क से नकारात्मक संपर्क में विद्युत प्रवाह उत्पन्न होता है। उदाहरण के लिए,धातुओं में प्रत्येक परमाणु में एक या अधिक ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉन , जिन्हें चालन इलेक्ट्रॉन कहा जाता है, क्रिस्टल जालक के चारों ओर गति करने के लिए स्वतंत्र होते हैं। एक विद्युत क्षेत्र के कारण एक बड़ी धारा प्रवाहित होती है, इसलिए धातुओं की प्रतिरोधकता कम होती है, जिससे वे अच्छे चालक बन जाते हैं। प्लास्टिक और सिरेमिक जैसी सामग्रियों के विपरीत सभी इलेक्ट्रॉन परमाणुओं से कसकर बंधे होते हैं, इसलिए सामान्य परिस्थितियों में सामग्री में बहुत कम मोबाइल चार्ज वाहक होते हैं। वोल्टेज लगाने से केवल एक बहुत ही छोटा करंट प्रवाहित होता है, जिससे सामग्री को बहुत अधिक प्रतिरोधकता मिलती है, और इन्हें विंसवाहक के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।

हालांकि, यदि पर्याप्त मजबूत विद्युत क्षेत्र लागू किया जाता है, तो सभी विद्युत संवाहक बन जाते हैं। यदि विद्युत के एक टुकड़े पर लगाया गया वोल्टेज बढ़ जाता है, तो एक निश्चित विद्युत क्षेत्र की ताकत पर सामग्री में आवेश वाहकों की संख्या अचानक बहुत बढ़ जाती है और इसकी प्रतिरोधकता कम हो जाती है, जिससे एक मजबूत धारा प्रवाहित होती है। इसे बिजली अवरोध कहते हैं। लेकिन अवरोध तब होता है जब विद्युत क्षेत्र सामग्री के अणुओं से इलेक्ट्रॉनों को खींचने के लिए पर्याप्त मजबूत हो जाता है,और उन्हें आयनित करता है।अतः जारी किए गए इलेक्ट्रॉनों को क्षेत्र द्वारा त्वरित किया जाता है और अन्य परमाणुओं पर प्रहार किया जाता हैं, ये एक श्रृंखला प्रतिक्रिया में अधिक मुक्त इलेक्ट्रॉनों और आयनों का निर्माण करते हैं ये आवेशित कणो के साथ सामग्री को भरते हैं, और यह प्रत्येक सामग्री में एक विशिष्ट विद्युत क्षेत्र की ताकत पर होता है, जिसे वोल्ट प्रति सेंटीमीटर में मापा जाता है, जिसे इसकी विंसवाहक बल कहा जाता है।

जब विंसवाहक के एक टुकड़े में वोल्टेज लगाया जाता है, तो प्रत्येक बिंदु पर विद्युत क्षेत्र वोल्टेज के ढाल (कैलकुलस) के बराबर होता है। इसके आकार या संरचना में स्थानीय भिन्नताओं के कारण, वस्तु के विभिन्न बिंदुओं पर वोल्टेज प्रवणता भिन्न हो जाती है। विद्युत अवरोध तब होता है जब वस्तु के किसी क्षेत्र में क्षेत्र से पहले सामग्री मे विंसवाहक बल से अधिक हो जाता है। एक बार एक क्षेत्र टूट गया और प्रवाहकीय हो गया, तो उस क्षेत्र में लगभग कोई वोल्टेज गिरता नहीं है और पूर्ण वोल्टेज विंसवाहक की शेष लंबाई में लागू होता है, जिसके परिणामस्वरूप एक विद्युत क्षेत्र मे उच्च ढाल हो जाता है, जिससे इन्सुलेटर में अतिरिक्त क्षेत्र टूट जाते हैं। और अवरोध जल्दी से विंसवाहक के माध्यम से एक प्रवाहकीय पथ में फैलता है जब तक कि यह सकारात्मक से नकारात्मक संपर्क तक नहीं फैलता है । अतः जिस वोल्टेज पर यह होता है उसे उस वस्तु का अवरोध वोल्टेज कहा जाता है। भौतिक संरचना, किसी वस्तु के आकार और विद्युत संपर्कों के बीच पदार्थ की लंबाई के साथ बदलता रहता है।

ठोस

ब्रेकडाउन वोल्टेज एक विद्युत इन्सुलेशन की एक विशेषता है जो अधिकतम ब्रेकडाउन संभावित अंतर को परिभाषित करता है जिसे इन्सुलेटर के संचालन से पहले सामग्री में लागू किया जा सकता है। ठोस इन्सुलेट सामग्री में, यह आमतौर पर अचानक विद्युत प्रवाह द्वारा स्थायी आणविक या भौतिक परिवर्तन करके सामग्री के भीतर एक कमजोर पथ बनाता है। कुछ प्रकार के लैंप में पाए जाने वाले दुर्लभ गैसों के भीतर, ब्रेकडाउन वोल्टेज को कभी-कभी हड़ताली वोल्टेज भी कहा जाता है। किसी सामग्री का ब्रेकडाउन वोल्टेज एक निश्चित मूल्य नहीं है क्योंकि यह विफलता का एक रूप है और एक सांख्यिकीय संभावना है कि सामग्री किसी दिए गए वोल्टेज पर विफल हो जाएगी या नहीं। जब कोई मान दिया जाता है तो यह आमतौर पर एक बड़े नमूने का माध्य ब्रेकडाउन वोल्टेज होता है। एक और शब्द है ढांकता हुआ परीक्षण का सामना , जहां किसी दिए गए वोल्टेज पर विफलता की संभावना इतनी कम है कि इन्सुलेशन डिजाइन करते समय यह माना जाता है कि सामग्री इस वोल्टेज पर विफल नहीं होगी।

एक सामग्री के दो अलग-अलग ब्रेकडाउन वोल्टेज माप एसी और आवेग ब्रेकडाउन वोल्टेज हैं। एसी वोल्टेज उपयोगिता आवृत्ति है। आवेग ब्रेकडाउन वोल्टेज बिजली के हमलों का अनुकरण कर रहा है, और आमतौर पर लहर के लिए 90% आयाम तक पहुंचने के लिए 1.2 माइक्रोसेकंड वृद्धि का उपयोग करता है, फिर 50 माइक्रोसेकंड के बाद 50% आयाम तक वापस गिर जाता है। इन परीक्षणों को संचालित करने वाले दो तकनीकी मानक एएसटीएम डी1816 और एएसटीएम डी3300 हैं जो एएसटीएम द्वारा प्रकाशित किए गए हैं।

गैस और निर्वात

Main article: Gas discharge

वायुमंडलीय दबाव में मानक स्थितियों में, हवा एक उत्कृष्ट इन्सुलेटर के रूप में कार्य करती है, जिसके टूटने से पहले 3.0 kV/mm के एक महत्वपूर्ण वोल्टेज के अनुप्रयोग की आवश्यकता होती है (उदाहरण के लिए, बिजली, या संधारित्र की प्लेटों में बिजली की चिंगारी #स्पार्किंग, या एक के इलेक्ट्रोड स्पार्क प्लग )। आंशिक निर्वात में, यह टूटने की क्षमता इस हद तक कम हो सकती है कि अलग-अलग क्षमता वाली दो गैर-अछूता सतहें आसपास की गैस के विद्युत टूटने को प्रेरित कर सकती हैं। यह एक उपकरण को नुकसान पहुंचा सकता है, क्योंकि ब्रेकडाउन शॉर्ट सर्किट के समान होता है।

गैस में, ब्रेकडाउन वोल्टेज को पासचेन के नियम द्वारा निर्धारित किया जा सकता है।

आंशिक निर्वात में ब्रेकडाउन वोल्टेज को के रूप में दर्शाया जाता है

$V_{\mathrm {b} }={\frac {B\,p\,d}{\ln \left(A\,p\,d\right)-\ln \left[\ln \left(1+{\frac {1}{\gamma _{\mathrm {se} }}}\right)\right]}}$

कहाँ पे $V_{\mathrm {b} }$ वोल्ट एकदिश धारा में ब्रेकडाउन पोटेंशिअल है, $A$ तथा $B$ स्थिर (गणित) हैं जो आसपास की गैस पर निर्भर करते हैं, $p$ आसपास की गैस के दबाव का प्रतिनिधित्व करता है, $d$ इलेक्ट्रोड के बीच सेंटीमीटर में दूरी का प्रतिनिधित्व करता है, तथा $\gamma _{\mathrm {se} }$ माध्यमिक उत्सर्जन गुणांक का प्रतिनिधित्व करता है।

पासचेन के नियम के बारे में लेख में एक विस्तृत व्युत्पत्ति और कुछ पृष्ठभूमि की जानकारी दी गई है।

डायोड और अन्य अर्धचालक

डायोड I-V आरेख

ब्रेकडाउन वोल्टेज डायोड का एक पैरामीटर है जो सबसे बड़े रिवर्स वोल्टेज को परिभाषित करता है जिसे डायोड में रिसाव विद्युत प्रवाह में घातीय वृद्धि के बिना लागू किया जा सकता है। डायोड के ब्रेकडाउन वोल्टेज से अधिक, प्रति से, विनाशकारी नहीं है; हालांकि, इसकी वर्तमान क्षमता से अधिक होगा। वास्तव में, ज़ेनर डायोड अनिवार्य रूप से केवल डोपिंग (अर्धचालक) सामान्य डायोड हैं जो वोल्टेज स्तरों के विनियमन प्रदान करने के लिए डायोड के ब्रेकडाउन वोल्टेज का फायदा उठाते हैं।

रेक्टिफायर डायोड (सेमीकंडक्टर या ट्यूब/वाल्व) में कई वोल्टेज रेटिंग हो सकती हैं, जैसे कि डायोड में पीक इनवर्स वोल्टेज (PIV), और रेक्टिफायर सर्किट के लिए अधिकतम रूट माध्य वर्ग इनपुट वोल्टेज (जो बहुत कम होगा)।

कई छोटे-सिग्नल ट्रांजिस्टर को अत्यधिक ताप से बचने के लिए किसी भी ब्रेकडाउन धाराओं को बहुत कम मूल्यों तक सीमित करने की आवश्यकता होती है। डिवाइस को नुकसान से बचने के लिए, और आसपास के सर्किट पर अत्यधिक लीकेज करंट के प्रभावों को सीमित करने के लिए, निम्नलिखित BJT ट्रांजिस्टर अधिकतम रेटिंग अक्सर निर्दिष्ट की जाती हैं:

वी_CEO (कभी-कभी लिखा BV_CEO या वी_(BR)CEO)

कलेक्टर और एमिटर के बीच अधिकतम वोल्टेज जिसे सुरक्षित रूप से लागू किया जा सकता है (और कुछ निर्दिष्ट लीकेज करंट से अधिक नहीं, अक्सर) जब कलेक्टर-बेस लीकेज को हटाने के लिए ट्रांजिस्टर के आधार पर कोई सर्किट नहीं होता है। विशिष्ट मान: 20 वोल्ट से 700 वोल्ट तक; बहुत प्रारंभिक जर्मेनियम बिंदु-संपर्क ट्रांजिस्टर जैसे OC10 का मान लगभग 5 वोल्ट या उससे कम था।

वी_CBO

एमिटर ओपन-सर्किट के साथ अधिकतम कलेक्टर-टू-बेस वोल्टेज। विशिष्ट मान 25 से 1200 वोल्ट।

वी_CER

बेस और एमिटर के बीच कुछ निर्दिष्ट प्रतिरोध (या कम) के साथ कलेक्टर और एमिटर के बीच अधिकतम वोल्टेज रेटिंग। उपरोक्त ओपन-बेस या ओपन-एमिटर परिदृश्यों की तुलना में वास्तविक-विश्व सर्किट के लिए अधिक यथार्थवादी रेटिंग।

वी_EBO

उत्सर्जक के संबंध में आधार पर अधिकतम रिवर्स वोल्टेज। आमतौर पर लगभग 5 वोल्ट - जर्मेनियम ट्रांजिस्टर के लिए अधिक, आमतौर पर यूएचएफ ट्रांजिस्टर के लिए कम।

वी_CES

कलेक्टर से एमिटर रेटिंग जब बेस को एमिटर से छोटा किया जाता है; वी . के बराबर_CER जब आर = 0.

वी_CEX

कलेक्टर से एमिटर रेटिंग जब एक विशिष्ट बेस-एमिटर वोल्टेज की आपूर्ति की जाती है, जैसे कि कुछ उच्च वोल्टेज स्विचिंग परिदृश्यों में।

फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर की अधिकतम रेटिंग समान होती है, जंक्शन एफईटी के लिए सबसे महत्वपूर्ण गेट-ड्रेन वोल्टेज रेटिंग है।

कुछ उपकरणों में निर्दिष्ट वोल्टेज परिवर्तन की अधिकतम दर भी हो सकती है।

विद्युत उपकरण

पावर ट्रांसफार्मर , परिपथ वियोजक , स्विचगियर और ओवरहेड संचरण लाइन ों से जुड़े अन्य विद्युत उपकरण पावर सर्किट पर प्रेरित क्षणिक बिजली वृद्धि वोल्टेज के संपर्क में हैं। विद्युत उपकरण में एक बुनियादी बिजली आवेग स्तर (बीआईएल) निर्दिष्ट होगा। यह एक मानकीकृत तरंग आकार के साथ एक आवेग तरंग का शिखा मूल्य है, जिसका उद्देश्य बिजली की वृद्धि या सर्किट स्विचिंग से प्रेरित वृद्धि के विद्युत तनाव का अनुकरण करना है। बीआईएल को उपकरण के विशिष्ट ऑपरेटिंग वोल्टेज के साथ समन्वित किया जाता है। हाई-वोल्टेज ओवरहेड पावर लाइन के लिए, आवेग स्तर सक्रिय घटकों की जमीन की निकासी से संबंधित है। उदाहरण के तौर पर, 138 केवी रेटेड ट्रांसमिशन लाइन को 650 केवी के बीआईएल के लिए डिज़ाइन किया जाएगा। एक उच्च बीआईएल न्यूनतम से अधिक निर्दिष्ट किया जा सकता है, जहां बिजली के संपर्क में गंभीर है।

यह भी देखें

• हिमस्खलन टूटना
• हिमस्खलन डायोड
• ढांकता हुआ ताकत
• विद्युत वृक्षारोपण
• लिक्टेनबर्ग आंकड़ा

संदर्भ

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