1. A töréspont működési elve
A töréspont a gázkiadás elvén alapul. Ha elegendően magas feszültséget alkalmazunk két elektrod között, a két elektrod között lévő gáz ionizálódik, egy vezető csatornát formálva, és így történik a töréspont kiütése. Ez a folyamat hasonló a villámzás során bekövetkező kiadási jelenséghez, amely a felhők és a talaj között fordul elő. A gáz ionizálódása az elektrikus mező erősségének annak megfelelő voltára történik, hogy a gáz molekulái benne lévő elektronok elégséges energiát szerezzenek, hogy szabaduljanak a tömbök vagy molekulák kötéséből, szabad elektronokat és iónokat formálva. Ezek a szabad elektronok és iónok gyorsulnak az elektrikus mező hatására, más gáz molekulákkal ütközik, további ionizálási folyamatokat generálva, végül a gáz lebomlásához és a töréspont kiütéséhez vezetve.
A Paschen-törvény szerint a gáz lebomlásfeszültsége a gáz nyomásán, az elektrod távolságán és a gáz típusán múlik. Adott gáz típus és nyomás mellett adott a kapcsolat az elektrod távolság és a lebomlásfeszültség között. Általánosságban elmondható, hogy minél nagyobb az elektrod távolság, annál magasabb a lebomlásfeszültség.
2. Alapvető módszerek a töréspont segítségével történő feszültség meghatározásához
A töréspont eszköz kalibrálása
Először is, a töréspontot ismert feszültséggel kell kalibrálni. Egy példányos feszültség forrás, például egy nagy pontosságú DC vagy AC feszültséggenerátor használható, amit a töréspont elektrodjaihoz kell csatlakoztatni. Növelje fokozatosan a feszültséget, amíg töréspont kiütést figyel meg, és jegyezze fel a feszültség értékét és a hozzá tartozó elektrod távolságot. Például, ha a töréspont közegének a levegő, és az elektrod távolsága 1 mm, akkor a példányos feszültségforrással mért lebomlásfeszültség 3 kV, ezzel egy kalibrációs adatpontot kapunk.
Az elektrod távolság változtatásával és a fenti folyamat ismétlése által számos lebomlásfeszültség adatot kaphatunk különböző elektrod távolságokhoz, és kirajzolhatjuk az elektrod távolság és a lebomlásfeszültség közötti összefüggési görbét. Ez alapja a későbbi ismeretlen feszültség mérésének.
Az ismeretlen feszültség mérése
Ismeretlen feszültség meghatározásakor kösse a ismeretlen feszültség forrást a kalibrált töréspont eszközhöz. Növelje fokozatosan a feszültséget, amíg töréspont kiütést figyel meg. Mérje az elektrod távolságot, majd a korábban kirajzolt kalibrációs görbe alapján nézze meg a hozzá tartozó feszültség értékét. Ez a feszültség értéke közelítőleg az ismeretlen feszültség. Például, ha magasfeszültségű impulzus feszültségét méri, és töréspont kiütést figyel meg 2 mm-es elektrod távolságnál, és a kalibrációs görbe alapján a hozzá tartozó feszültség 6 kV, akkor a magasfeszültségű impulzus feszültsége közelítőleg 6 kV lesz.
3. Figyelmeztetések és hibák forrásai
Gáz állapotának befolyása: A gáz típusa, nyomása és nedvességtartalma jelentősen befolyásolhatja a lebomlásfeszültséget. Például, a magas nedvességű környezetben a levegőben lévő páratartalom növekedése csökkentheti a gáz lebomlásfeszültségét. Tehát a mérés során szükséges a lehető legstabilabb gáz állapotokat fenntartani. Ha lehetséges, a mérést legjobb standard légnyomás mellett és száraz környezetben végezni, vagy a gáz állapotváltozásokra javítást tenni.
Elektrod alakja és felületi állapota: Az elektrodok alakja (például gömbölyű, szúros, lapos, stb.) és felületi állapota (például homlokosság, oxid réteg jelenléte, stb.) is befolyásolja a töréspont lebomlásfeszültségét. Különböző alakú elektrodok egyenletesen osztott elektromos mezőt eredményeznek, ami a lebomlásfeszültséget is módosítja. Például, a szúrólapp alakú elektrod szerkezet koncentrálja az elektromos mezőt a szúr elektrod csúcson, ami könnyebben lebomlik, és ennek lebomlásfeszültsége relatíve alacsony. A felületi homlokosság és az oxidrétegek adszorbióba vehetnek gáz molekulákat, vagy módosíthatják az elektromos mező eloszlását. Tehát a mérés során szükséges az elektrod alak és felületi állapotának konzisztenciáját biztosítani, vagy ezeket a tényezőket figyelembe venni és javítást tenni.
Mérési pontosság korlátai: A töréspont segítségével történő feszültség mérése viszonylag durva módszer, és a pontossága több tényezőtől függ. A fent említett gáz állapotok és elektrod tényezők mellett a töréspont kiütés maga is pillanatnyi és valamennyire véletlenszerű folyamat, ami nehéz pontosan irányítani és mérni. Továbbá, a magasfeszültségű helyzetekben többszörös kiütések vagy folyamatos ívek is bekövetkezhetnek, ami befolyásolja a mérési eredmények pontosságát. Ezért ezt a módszert általában csak a feszültség közelítő becslésére használják, nem pedig a nagy pontosságú feszültség mérésére.
