Пробой твердых диэлектриков
Наряду с ионизационными процессами к пробою могут приводить вторичные процессы, обусловленные сильным электрическим полем: нагрев; химические реакции; частичные разряды; механические напряжения в результате электрострикции (деформация диэлектрика, не зависящая от знака поляризованности); образование объемных зарядов на границах неоднородностей и т.д.
Поэтому различают несколько механизмов пробоя твердых диэлектриков.
1. Электрический пробой обусловлен ударной ионизацией или разрывом связей между частицами диэлектрика непосредственно под действием электрического поля.
Электрическая прочность при электрическом пробое 100-1000 МВ/м, что близко к электрической прочности сжатых газов и очень чистых жидкостей.
2. Тепловой пробой обусловлен нарушением теплового равновесия диэлектрика вследствие диэлектрических потерь. Это явление сводится к разогреву материала в электрическом поле до температур, соответствующих расплавлению и обугливанию. Электрическая прочность при тепловом пробое является характеристикой не только материала, но и изделия из него.
3. Электрохимический пробой обусловлен химическими процессами, приводящими к изменениям в диэлектрике под действием электрического поля. Химические изменения (старение) возникают вследствие электролиза, наличия озона в воздухе и т.п. Его характеристикой является время жизни электрической изоляции или кривая жизни (зависимость пробивного напряжения VПР от времени).
4. Ионизационный пробой - это пробой, обусловленный ионизационными процессами вследствие частичных разрядов в диэлектрике с воздушными включениями (бумажная изоляция). Ионизация воздуха - озон - ускоренные ионы - выделение тепла - разрушение изоляции и снижение электрической прочности.
Контрольные вопросы
1. В чем различие в терминах: пробивное напряжение и электрическая прочность материала?
2. Каковы механизмы пробоя газов, жидкостей и твердых тел?
3. Почему ударная ионизация молекул газа в сильном электрическом поле производится главным образом электронами, а не ионами?
4. Чем отличается пробой газа в однородном и неоднородном электрических полях? Каким образом можно создать однородное поле?
5. Как влияет давление газа на его электрическую прочность?
6. Какие механизмы пробоя твердых диэлектриков вам известны? Каковы условия проявления каждого из них?
7. Выведите выражение для пробивного напряжения при тепловом пробое по упрощенной теории Н.Н. Семенова и В.А. Фока.