絶縁破壊電圧の計算方法

電場は、他の荷電粒子に力を及ぼす荷電粒子の周りの空間の領域です。 この電界の方向は、電界が正のテスト電荷に及ぼす力の方向です。 電界の強さはボルト/メートル（V / m）です。 技術的には、絶縁体は電気を通しませんが、電界が十分に大きい場合、絶縁体は壊れて電気を通します。

これは、2つの電極間の空気中の放電またはアークとして見られることがあります。 ガスの絶縁破壊電圧は、次の式から計算できます。パッシェンの法則。ブレークダウン電圧がデバイスが逆バイアスモードで導通を開始するポイントである半導体ダイオードの場合、物理特性は異なります。

ダイオードは通常、半導体結晶、通常はシリコンまたはゲルマニウムでできています。 不純物が追加されて、片側に負の電荷キャリア（電子）の領域が作成されます。 n型半導体、およびp型半導体を作るための正電荷キャリア（正孔） その他。

p型とn型の材料を組み合わせると、瞬間的な電荷の流れによって、電荷キャリアが存在しない3番目の領域または空乏領域が作成されます。 十分に高い電位差がn側よりもp側に印加されると、電流が流れます。

ダイオードは通常、逆方向に高い抵抗を持ち、この逆バイアスモードで電子が流れることを許可しません。 逆電圧が特定の値に達すると、この抵抗は低下し、ダイオードは逆バイアスモードで導通します。 これが発生する可能性は、降伏電圧​.

導体とは異なり、絶縁体には原子にしっかりと結合した電子があり、自由な電子の流れに抵抗します。 これらの電子を所定の位置に保持する力は無限ではなく、十分な電圧があれば、これらの電子はこれらの結合を克服するのに十分なエネルギーを得ることができ、絶縁体は導体になります。 これが発生するしきい値電圧は、ブレークダウン電圧または絶縁耐力. ガスでは、絶縁破壊電圧は次の式で決定されます。パッシェンの法則​.

パッシェンの法則は、大気圧とギャップ長の関数として絶縁破壊電圧を与える方程式であり、次のように記述されます。

どこV​_b はDCブレークダウン電圧です。pはガスの圧力です、dはメートル単位のギャップ距離です。AそしてB周囲のガスに依存する定数であり、γ​_se 二次電子放出係数です。 二次電子放出係数は、入射粒子が他の粒子に衝突したときに二次粒子の放出を誘発するのに十分な運動エネルギーを持っている点です。

エアギャップ絶縁破壊電圧テーブルを使用して、任意のガスの絶縁破壊電圧を調べることができます。 リファレンスマニュアルが利用できない場合、1インチ（2.54 cm）離れた2つの電極の絶縁耐力の計算は、パッシェンの法則を使用して計算できます。

​A= 112.50（kPacm）⁻¹

​B= 2737.50 V /（kPa.cm）^-1

​γ​_se = 0.01

​P= 101,325 Pa

これらの値を上記の式に代入すると、次のようになります。

工学的および物理的表から、空気中の絶縁破壊電圧の一般的な範囲は20 kV〜75kVであると予想されます。 空気中の絶縁破壊電圧に影響を与える他の要因があります。たとえば、湿度、厚さ、温度など、広い範囲です。