Пробій діелектриків

При перевищенні прикладеної до діелектрика напруги вище деякого кри-тичного значення ізоляційні властивості порушуються і відбувається утворення провідного каналу. При цьому струм витоку через діелектрик різко зростає, а опір відповідно зменшується. Явище утворення в діелектрику провідного кана-лу під дією електричного поля називається пробоєм. Залежність струму від прикладеної напруги показана на рис.4.1.

I

A

U

U_пр

Рис.4.1 – Вольт-амперна характеристика електричної ізоляції

Точка А, для якої dI/dU = ∞, відповідає пробою. Значення напруги, при якому відбувається пробій, називається пробивною напругою U_пр, а відповідне значення напруженості електричного поля – електричною міцністю Е_пр. Для найпростішого випадку однорідного електричного поля в діелектрику Е_пр =

U_пр/ h, де h – товщина діелектрика. У більшості випадків при збільшенні h значення Е_пр зменшується нелінійно.

Електрична міцність високоякісних твердих діелектриків, як правило, ви-ще рідких і тим більше газоподібних діелектриків. Однак газоподібні й рідкі діелектрики, на відміну від твердих, після пробою можуть через деякий про-міжок часу відновити свої властивості при відсутності напруги.

Для надійної роботи будь-якого електротехнічного пристрою робоча нап-руга його ізоляції повинна бути значно менше пробивної напруги.

Фізична сутність розвитку пробою різна. Розрізняють наступні види про-бою: чисто електричний, електротепловий, електромеханічний, електрохі-мічний, іонізаційний.

Чисто електричний пробій являє собою безпосереднє руйнування структури діелектрика силами електричного поля, що впливають на електрично заряджені частки в діелектрику. Цей вид пробою розвивається практично миттєво. Якщо одразу після додавання напруги не відбувся електричний пробій, то теоретично цю напругу діелектрик повинен витримувати тривалий час. Це положення не відноситься до пробою діелектрика короткочасними імпульсами.

Електротепловий пробій пов'язаний з нагріванням діелектрика в елек-тричному полі в результаті діелектричних втрат. Процес нагрівання діелектрика протікає, постійно підсилюючись. Це приводить до істотної зміни структури діелектрика (розплавлювання, обвуглювання, розтріскування) і зменшенню його електричної міцності. При цьому достатньо, щоб розігрілося яке-небудь місце діелектрика, в якому тепловіддача гірше або підвищені питомі втрати, а середня температура всього діелектрика може практично не відрізнятися від первісної. При гарному тепловідводі може наступити рівновага між теплом, що виділяється в діелектрику, і його відводом у навколишнє середовище. У цьому разі діелектрик може тривалий час працювати під напругою. Якщо відведення тепла утруднене, то навіть незначна напруга, прикладена до діелектрика, через якийсь час може викликати пробій. При електротепловому пробої U_пр залежить як від частоти прикладеної напруги, так і від температури навколишнього сере-довища, зменшуючись при їхньому збільшенні.

Електромеханічний пробій виникає в результаті механічного руйнування діелектрика (утворення макроскопічних тріщин) силами електричного поля. У ряді випадків механічні руйнування в діелектриках виникають у результаті тис-ку електродів.

Електрохімічний пробій – це вид пробою, який повільно розвивається і пов'язаний з хімічною зміною матеріалу в електричному полі. Цей вид пробою спостерігається як при постійній, так і при змінній напрузі внаслідок розвитку в матеріалах електролітичних процесів.

Іонізаційний пробій пояснюється дією на діелектрик хімічно агресивних речовин, що утворються в газових порах діелектрика при часткових розрядах, а також ерозією діелектрика на межі пор іонами газу.

Дата добавления: 2014-11-09