13. Пробой диэлектриков. Виды пробоя.

При увеличении напряжения рано или поздно произойдет пробой при напряжении U_пр (рис. 4.17). При этом наблюдается местное увеличение проводимости из-за резкого увеличения концентрации носителей и сквозного тока, этот процесс завершается образованием проводящего канала пробоя. После пробоя материал утрачивает свои электроизоляционные свойства. В случае пробоя газообразного или жидкого диэлектрика после снятия пробивного напряжения происходит восстановление электроизоляционных свойств. Для твердого диэлектрика такое восстановление после снятия напряжения отсутствует. Напряжение, вызывающее пробой называется пробивным U_пр, а соответствующая этому значению напряженность электрического поля — электрической прочностью диэлектрика Е_пр: . где d — толщина диэлектрика.

В системе СИ напряженность поля измеряется в В/м. Пробой газа: носит чисто электрический характер, поскольку начинается с ударной ионизации электронами. Воспроизведение разряда осуществляется вырыванием электронов из катода положительными ионами и фотонами. Пробой жидкости: Процессы, происходящие в жидкостях, при пробое зависят от степени их чистоты и химического состава. В чистых жидкостях применима теория чисто электрического пробоя, т. е. при высоких значениях напряженностей поля происходит эмиссия электронов из электродов с последующим развитием ударной ионизации молекул жидкости. Пробой жидкостей, содержащих газовые включения, связан местным перегревом, за счет возникновения частичных разрядов. В месте начала ионизации резко увеличивается температура, что приводит к вскипанию жидкости, при этом увеличивается газовыделение, что приводит к образованию газового канала между электродами. По этому каналу собственно и проходит путь пробоя. Пробой увлажненных жидкостей связан с формированием мостиков, содержащих эмульгированную воду. Под воздействием электрического поля капли воды приобретают форму эллипсоидов и, ориентируясь по полю, образуют канал с повышенной проводимостью. К жидкостям, имеющим высокую электропроводность (содержащих много носителей заряда) применима теория теплового пробоя, так как жидкость разогревается за счет высокого уровня диэлектрических потерь. Пробой твердого д: электрический, электротепловой (тепловой) и электрохимический (старение изоляции). Электрический пробой обусловлен ударной ионизацией электронами узлов кристалла или аморфного диэлектрика (атомов, ионов). В результате образуется электронная лавина, и может возникнуть стример. Такая форма пробоя имеет место при кратковременном (импульсном) воздействии напряжения. Тепловой пробой заключается в разрушении диэлектрика под действием нагрева вследствие диэлектрических потерь, при этом количество тепла, выделяющееся в единицу времени превышает количество тепла отводимого. Тепловой пробой развивается длительно и может инициироваться локальным перегревом из-за увеличения tgδ и ухудшением теплоотвода изоляционной конструкции. Электрохимический пробой происходит в результате сложных физико-химических процессов, обусловленных длительным воздействием электрического поля и приводящих к необратимому уменьшению сопротивления изоляции.