7. Электрическая прочность диэлектриков

Повышение напряжения электрического поля, приложенного к диэлектрику, вызывает увеличение его проводимости. При достижении определенного значения Uпp ток в диэлектрике резко возрастает, образуется канал высокой проводимости и наступает пробой диэлектрика. Напряжение, при котором происходит это явление, называется пробивным напряжением. Значение этого напряжения зависит от многих факторов и в первую очередь от толщены диэлектрика. Поэтому за величину Епр (МВ/м), характеризующая электрическую прочность диэлектрика (т.е. стойкость к высокому напряжению) принимают значения пробивного напряжения к толщине диэлектрика. Uпp/h, т.е. напряжение электрического поля, соответствующую моменту пробоя:

Епр =Uпp/h

По механизму протекания электрический пробой диэлектрика может быть чисто электрическим, электротепловым и электрохимическим.

Для чисто электрического пробоя характерно образование канала высокой проводимости за счет резкого увеличения количества заряженных частиц, которые возникают в процессе соударения свободных электронов, ускоренных электрическим полем, с нейтральными частицами диэлектрика. В процессе соударения возникают новые свободные заряженные частицы, которые в свою очередь ускоряются электрическим полем развивая процесс ударной ионизации. Свободные электроны, вызывающие этот процесс, присутствуют благодаря примесям, либо вырываются с поверхности металлических электродов, приложенных к диэлектрику.

Электротепловой пробой связан с разогревом диэлектрика под действием электрического поля за счет диэлектрических потерь. Это приводит к снижению удельного электрического сопротивления и увеличению сквозного тока. Этот процесс может привести к сильному разогреву диэлектрика, механическому разрушению и электрическому пробою.

Электрохимические процессы (электролиз, ионизация, окисление, и т.д.), протекающие под воздействием электричества и тепла, могут привести к образованию вещества с низкой электропрочностью. Он облегчается с повышением температуры и влажности.

В реальных условиях трудно отделить один вид пробоя от другого. Чисто электрический встречается чаще у газообразных диэлектриков, которые обладают высокой теплопроводностью и химической стойкостью. В жидких диэлектриках основной вид пробоя электротепловой. В твердых диэлектриках наблюдаются все три вида пробоя в зависимости от условий, в которых находится диэлектрик.

Электрическая прочность зависит от многих факторов: рода материала, его размеров, температуры, влажности, частоты приложенного напряжения, времени его приложения и, т.д. Например, увеличение толщины диэлектрика снижает его электрическую прочность, т.к. ухудшается теплоотвод от внутренних слоев, что приводит к перегреву и электротепловому пробою. Для чисто электрического пробоя важное значение имеет однородность электрического поля, т.е. форма электрода.

Электротепловой и электрохимический пробой от формы электрода не зависит. Эти виды пробоя чувствительны к частоте.

Наиболее существенное значение для электрической прочности диэлектрика имеет его однородность, наличие различных дефектов, снижающих электрическую прочность.