10. Пробой диэлектриков. Пробивное напряжение и электрическая прочность диэлектриков.

Д иэлектрик, находясь в электрическом поле, может потерять изоляционные свойства, если напряженность поля превысит некоторое критическое значение. Явление образования проводящего канала в диэлектрике под действием электрического поля называют пробоем. Минимальное приложенное к диэлектрику напряжение, приводящее к его пробою, называют пробивным напряжением .Предпробойное состояние диэлектрика характеризуется резким возрастанием тока, отступлением от закона Ома в сторону увеличения проводимости. Формально за пробивное принимают такое напряжение, при котором , т. е. дифференциальная проводимость становится бесконечно большой (рис. 3.1- Вольт-амперная характеристика электрической изоляции)

Значение пробивного напряжения зависит от толщины диэлектрика и формы электрического поля, обусловленной конфигурацией электродов и самого диэлектрика. Поэтому оно характеризует не столько свойства материала, сколько способность конкретного образца противостоять сильному электрическому полю. Для сравнения свойств различных материалов более удобной характеристикой является электрическая прочность. Электрической прочностью называют минимальную напряженность однородного электрического поля, приводящую к пробою диэлектрика:

Если пробой произошел в газообразном диэлектрике, то благодаря высокой подвижности молекул пробитый участок после снятия напряжения восстанавливает свои электрические свойства. В противоположность этому пробой твердых диэлектриков заканчивается разрушением изоляции. Однако разрушение материала можно предупредить, ограничив нарастание тока при пробое допустимым пределом. Пробой диэлектриков может возникать в результате чисто электрических, тепловых, а в некоторых случаях и электромеханических процессов, обусловленных действием электрического поля.

11. Пробой газов.

П робой газов определяется двумя механизмами - лавинным и лавинно-стримерным, связанными с процессами ударной ионизации электронами и фотоионизацией. Для пробоя газа в постоянном однородном поле (см. рис.) характерна зависимость Е_пр от давления.

Давление 0.1 МПа соответствует нормальному атмосферному давлению. Е_пр при давлении больше нормального растет в связи с уменьшением длины свободного пробега электронов и уменьшением вероятности актов ионизации. Возрастание Е_пр при малых давлениях связано с уменьшением вероятности столкновения электронов с молекулами газа из-за малой плотности газа. Е_пр воздуха в однородном поле растет, как показано на рисунке, с уменьшением расстояния между электродами из-за уменьшения вероятности столкновения электронов с молекулами газа. Пробивное напряжение газов существенно снижается в неоднородных полях, например, для воздуха при d=1 см от 30 кВ до 9 кВ. В неоднородном поле на U_пр влияет также полярность электродов. Так, для электродов с малым радиусом кривизны U_пр при положительной полярности оказываются ниже, чем при отрицательной. Это связано с образованием положительного объемного заряда у острия в результате развития коронного разряда, что приводит к возрастанию напряженности поля в остальной части промежутка.