絶縁ガス

フィールド: 基本電気

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絶縁ガスとは何か

絶縁材料は基本的に純粋な電気絶縁体です。適切な電界を適用することで、絶縁ガスは極化することができます。真空、固体、液体、ガスはすべて絶縁材料となることができます。絶縁ガスはまた絶縁ガスとも呼ばれます。これは電気放電を防ぐことができる気体状の絶縁材料です。乾燥した空気、六フッ化硫黄（SF6）などはガス状の絶縁材料の例です。
ガス状の絶縁体は実際には電荷を持った粒子が完全に存在しないわけではありません。周囲に電界が適用されると、自由電子が生成されます。これらの自由電子は、電圧によって力が加わり、カソードからアノードへと加速されます。

これらの電子が十分なエネルギーを得てガスの原子または分子の電子を弾き飛ばし、その後電子が分子に取り込まれない場合、電子濃度は指数関数的に増大します。その結果、破壊が発生します。一部のガス、例えばSF6は強固に結合している（電子が分子に強く結合している）、いくつかは弱く結合している、例えば酸素、そして全く結合していないもの、例えばN2があります。絶縁ガスの例としてはアンモニア、空気、二酸化炭素、六フッ化硫黄 (SF6)、一酸化炭素、窒素、水素などが挙げられます。絶縁ガス中の水分含量は、良好な絶縁体としての特性を変える可能性があります。

ガスでの破壊

実際には、これは絶縁ガスの抵抗の低下です。これが起こるのは、適用される電圧が破壊電圧（絶縁強度）を超えた場合です。その結果、ガスは導電性を持つようになります。つまり、ガスのある小さな領域で強い電圧上昇が起こります。この強い電圧上昇領域が近傍のガスの部分的なイオン化の原因となり、導電が始まります。これは低圧放電（静電気集塵器や蛍光灯など）で意図的に行われます。

パッシェンの法則は、電気的破壊を引き起こす電圧（V = f(pd)）を近似しています。これは、破壊電圧を圧力とギャップ長さの積の関数として説明する式です。その結果得られる曲線はパッシェン曲線と呼ばれています。空気とアルゴンのパッシェン曲線は図1に示されています。
ここで、圧力を減少させると、破壊電圧も減少し、その後徐々に増加して元の値を超えていきます。標準圧力では、破壊電圧は一定の点までギャップ長さと共に減少します。

その点を超えてギャップ長さを減らすと、破壊電圧は再び増加し、元の値を超えていきます。高圧およびギャップ長さが増加した条件下では、破壊電圧はほぼ2つの積に比例します。これは、電極効果（電極の微細な凹凸が破壊を引き起こす可能性があるため）により概ね比例しています。絶縁ガスの破壊電圧は、密度に概ね比例します。
dielectric gases

破壊メカニズム

破壊のメカニズムは、絶縁ガスの性質と、破壊が始まる電極の極性に直接依存します。破壊が始まるのがカソードの場合、初期電子は電極自体によって供給されます。その後、電子は加速され、多数の電子が形成され、破壊が発生します。破壊が始まるのがアノードの場合、初期電子はガス自体によって供給されます。例えば、空気とSF6ガス。ガスギャップ内の小さな鋭い点も、段階的な破壊プロセスの結果としてガスギャップの破壊の原因となることがあります。コロナ形成（つまりコロナ放電）はこれに関連しています。これは実際には短時間のエネルギー放出（放電）であり、弱くイオン化されたガスチャネルを生じます。電界が非常に高い場合、これらのチャネルの1つが導電します。