47.Пробой диэлектриков.
Электрическим пробоем называют явление, приводящее к длительному или кратковременному образованию в диэлектрике канала с высокой электропроводностью. Естественно, что в этом случае диэлектрик теряет электроизоляционные свойства. Значение напряжения, при котором происходит пробой, называется пробивным напряжением UПР , а соответствующая ему напряженность поля Епр — электрической прочностью диэлектрика, имеющей размерность В/м, поскольку EПР = UПР/d Значение UПР зависит от толщины диэлектрика d. Чем больше d, тем большее напряжение требуется для образования канала высокой проводимости, т.е. пробоя. Величина EПР нормирована по толщине и поэтому является количественной мерой электрической прочности, т.е. качества диэлектрика. Для надежной работы любого радиотехнического устройства необходимо, чтобы рабочее напряжение Uр было меньше пробивного Uпр. Отношение Up/Uпp называют коэффициентом электрической прочности изоляции. В зависимости от того, какими причинами обусловлено появление канала высокой проводимости, различают механизмы пробоя. Для твердых диэлектриков механизмами пробоя являются:
• электрический:
• тепловой;
• электрохимический.
Электрическим пробоем называется пробой, развитие которого обусловлено только разрывом связей между частицами диэлектрика в результате приложенного к диэлектрику напряжения.
Тепловой пробой возникает в случае, когда количество теплоты, выделяющееся в диэлектрике за счет диэлектрических потерь, превышает количество теплоты, которое может быть рассеяно в окружающую среду. В результате температура изделия увеличивается, что и приводит к пробою.
Электрохимический пробои имеет место в диэлектриках при повышенных температурах и влажности воздуха, когда в материале развиваются процессы, приводящие к необратимому уменьшению сопротивления, т.е. к электрохимическому старению, при котором возможны изменение химического состава вещества и ухудшение электрической прочности.
Таким образом, рассмотренные вопросы физики диэлектриков позволяют выделить основные количественные параметры, характеризующие качество диэлектриков, к которым относятся:
• диэлектрическая проницаемость ε;
• удельные сопротивления pV, pS;
• тангенс угла диэлектрических потерь tgδ:
• электрическая прочность Eпр.
48.Диэлектрические материалы. Газообразные диэлектрики.
В табл. 3.1 представлены характеристики некоторых газообразных диэлектрических материалов, используемых в технике. Они характеризуются малым значением е и tgδ. высоким рv и невысоким значением Eпр по сравнению с такими же параметрами жидких и твердых диэлектриков. В частности, электрическая прочность воздуха Eпр возд = 3..5 МВ/м.
Достоинством газообразных диэлектриков является восстановление электрической прочности после снятия пробивного напряжения и стабильность свойств во времени. Особенность газообразных диэлектриков заключается в необходимости их применения с твердыми диэлектриками. Электрическая прочность некоторых газов гораздо выше, чем воздуха. Это связано со способностью их молекул захватывать свободные электроны и превращаться в малоподвижные ионы, что затрудняет развитие пробоя. Явление используют в технике для увеличения электрической прочности газовой изоляции. Наиболее широко используется в технике элегаз, поскольку он не токсичен, химически инертен, не реагирует с металлами, не разлагается под действием воды, кислот, щелочей; допускает сжатие до 2 МПа при нормальной температуре и нагрев до 150 С. Используют элегаз в образцовых конденсаторах на рабочих напряжениях до 600 кВ, в высоковольтных кабелях под давлением 0,3...0,5 МПа, в высоковольтных выключателях с напряжением до 750 кВ. Газы с малой электрической прочностью, такие, как Не, Ne, Аг. Хе н др.. используют в газоразрядных и осветительных приборах, в частности в рекламных стендах и уличных цветовых украшениях.