2.4.3 Электротепловой пробой диэлектриков.
Рис. 43. Зависимость мощности выделения тепла (Ртв) и мощности отвода тепла (Рто) от температуры. |
При нахождении диэлектрика в электрическом поле, часть энергии электрического
поля рассеивается в диэлектрике из-за диэлектрических потерь, и диэлектрик
нагревается. При этом диэлектрик нагревается. Повышение температуры диэлектрика по сравнению с окружающей средой ведет к отводу тепла. Дальнейшее развитие процессов зависит от соотношения скорости отвода тепла и скорости
тепловыделения. На рисунке 43 показаны зависимости мощности тепловыделения (Р
тв) и мощности отвода тепла (Рто) от температуры для
неполярного диэлектрика. Как видно из приведенного рисунка в области температур от точки a до точки b мощности отвода тепла превышает мощность
тепловыделения, поэтому повышения температуры не происходит. Вне этой области
мощность выделения тепла превышает мощность отвода тепла и диэлектрик
нагревается. Нагрев материала диэлектрика может привести к его растрескиванию, оплавлению, обугливанию, что снижает электропрочность диэлектрика и ведет к его разрушению.
Очевидно, что стойкость к электротепловому пробою зависит как от свойств
самого материала (у полярных диэлектриков диэлектрические потери выше и
стойкость к электротепловому пробою ниже), так и от конструкции изолятора.
Чем выше поверхность изолятора, тем больше тепла рассеивается в окружающую
среду и меньше вероятность электротеплового пробоя.
Следует также отметить, что в случае, когда рабочая температура изолятора
приближается к точке b любое повышение температуры приведет к выходу
изоляции из строя. В то же время в случае, когда рабочая температура находится
ниже точки, а колебания температуры не столь опасны. Нагрев диэлектрика
(при нахождении его при температуре ниже точки а) приведет к увеличению
мощности отвода тепла. Поэтому мощности выделения и отвода тепла сравняются.
Рис. 44. Зависимость электропрочности диэлектрика от температуры |
Таким образом, наиболее опасными температурами являются температуры вблизи точки
b. Поэтому зависимость электропрочности диэлектриков от температуры
выглядит, как показано на рис. 44.
2.4.4 Электрохимический пробой диэлектриков.
Данный вид пробоя обусловлен тем, что при длительном нахождении в
электрическом поле происходит изменение химического состава диэлектрика. Чем
выше напряженность электрического поля, тем сильнее возбуждаются молекулы
диэлектрика и время, необходимое для выхода материала диэлектрика из строя
снижается. В то же время химически инертные диэлектрики имеют больше время
работы. Зависимость времени безопасной службы материала диэлектрика от
времени принято называть «кривой жизни» диэлектрика (рис.45).
Рис. 45 Зависимость электропрочности от времени. |
Как видно из приведенного рисунка, стабильность фторопласта (кривая б)
заметно выше, чем стабильность полиэтилена (кривая а). Это связано с тем, что
энергия связи фтора с углеродом (450 кДж/моль) заметно выше энергии связи
водорода с углеродом (290 кДж/моль). Поэтому для разрушения молекулы
фторопласта нужны большие флуктуации энергии его устойчивость выше.