Пробой диэлектриков

Пробой диэлектрика – это внезапная потеря диэлектриком изоляционных свойств под действием внешнего электрического поля.

Пробой газообразных и жидких диэлектриков является обратимым. В твердых диэлектриках пробой носит необратимый характер.

Пробой диэлектриков является аварийным повреждением и приводит к резкому снижению сопротивления изоляции.

На диэлектрик одновременно могут воздействовать электрическое поле и повышенная температура. Оба эти фактора приводят диэлектрик к электрическому старению и к последующему пробою.

Электрическое старение – комплекс физических и химических процессов, которые ухудшают функциональные возможности электрической изоляции.

Все материалы органического происхождения подвержены электрическому старению. Некоторые неорганические соединения практически не стареют. Для замедления процессов электрического старения в изоляционные материалы добавляют ингибиторы, антиоксиданты и стабилизаторы, которые исключают или замедляют химические реакции, происходящие в материале и приводящие к старению.

Максимальное значение напряжения, которое приложено к диэлектрику в момент пробоя, называется пробивным напряжением U_пр.

Максимальное значение напряженности электрического поля в месте диэлектрика, где произошел пробой, называется электрической прочностью диэлектрика Е_пр.

С другой стороны, электрическая прочность – это способность диэлектрика выдерживать разрушающее действие внешнего электрического поля

 ,

где - для твердых диэлектриков - толщина, для газообразных или жидких - наименьшее расстояние между электронами.

Удобные для практических целей численные значения электрической прочности диэлектриков получаются, если пробивное напряжение выражать в киловольтах, а толщину диэлектрика — в миллиметрах. Тогда электрическая прочность будет в киловольтах на миллиметр. Для сохранения численных значений и перехода к единицам системы СИ можно пользоваться единицей МВ/м:

1 МВ/м = 1 кВ/мм = 10⁶ В/м.

Общая характеристика явления пробоя

Пробой газов носит чисто электронный характер и обусловлен фотонной и ударной ионизациями.

Пробой жидких диэлектриков обусловлен ионизационными и тепловыми процессами.

Пробой твердых диэлектриков обусловлен электрическими и тепловыми процессами.

Электрический пробой – электрический процесс, который сопровождается образованием электронной лавины в каком-то месте диэлектрика и существенным увеличением плотности тока в этом месте.

Тепловой пробой приводит к резкому снижению сопротивления диэлектрика под влиянием нагрева в электрическом поле, что приводит к увеличению активной составляющей тока через диэлектрик, к его разогреву и дальнейшему пробою.

При длительном действии напряжения на диэлектрик пробой может наступить из-за электрохимических процессов, происходящих в диэлектрике и снижающих сопротивление изоляции.

При расчетах, связанных с электрическим пробоем (газообразные диэлектрики), в формуле  используют амплитудное значение пробивного напряжения , при других механизмах пробоя – действующее значение пробивного напряжения , поскольку в разрушении жидких и особенно твердых диэлектриков существенную роль играют тепловые процессы.