Пробой диэлектрика и виды пробоя

Электрическим пробоем называют явление, приводящее к длительному или кратковременному образованию в диэлектрике канала с высокой электропроводностью. Естественно, что в этом случае диэлектрик теряет электроизоляционные свойства. Значение напряжения, при котором происходит пробой, называется пробивным напряжением Uпp, а соответствующая ему напряженность поля Епр- электрической прочностью диэлектрика, имеющей размерность [В/м], поскольку Значение Unpзависит от толщины диэлектрика d. Чем больше d, тем большее напряжение требуется для образования каналa высокой проводимости т.е. пробоя. Величина Епрнормирована по толщине и поэтому является количественной мерой электрической прочности, т.е. качества диэлектрика.

Для надежной работы любого радиотехнического устройства необходимо, чтобы рабочее напряжение Uрбыло меньше пробивного Uпp. Отношение Uр/Uпрназывают коэффициентом электрической прочности изоляции.

В зависимости от того, какими причинами обусловлено появление канала высокой проводимости, различают механизмы пробоя.

Для твердых диэлектриков механизмами пробоя являются:

- электрический;

- тепловой;

- электрохимический.

Электрическим пробоем называется пробой, развитие которого обусловлено только разрывом связей между частицами диэлектрика в результате приложенного к диэлектрику напряжения.

Тепловой пробой возникает в случае, когда количество теплоты, выделяющееся в диэлектрике за счет диэлектрических потерь, превышает количество теплоты, которое может быть рассеяно в окружающую среду. В результате температура изделия увеличивается, что и приводит к пробою.

Электрохимический пробой имеет место в диэлектриках при повышенных температурах и влажности воздуха, когда в материале развиваются процессы, приводящие к необратимому уменьшению сопротивления, т.е. к электрохимическому старению, при котором возможны изменение химического состава вещества и ухудшение электрической прочности.

Таким образом, рассмотренные вопросы физики диэлектриков позволяют выделить основные количественные параметры, характеризующие качество диэлектриков. Таковыми являются:

- диэлектрическая проницаемость ε;

- удельное сопротивления ρv, ρs,

- тангенс угла диэлектрических потерь tgδ;

- электрическая прочность Епр.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение диэлектрика. Что такое поляризация и в чём она проявляется?

2. Что является количественной характеристикой (мерой) способности диэлектрика поляризоваться?

3. Пассивные и активные диэлектрики.

4. Какие существуют механизмы поляризации?

5.

6. Как связана частотная зависимость ε с механизмами поляризации?

7. Что является количественной мерой электропроводности?

8. Какими параметрами пользуются на практике для характеристики электропроводности?

9. Дайте определение подвижности носителей зарядов.

10. Какие токи протекают в диэлектрике?

10.Дайте определение ρv- удельного объемного сопротивления и ρs. – удельного поверхностного сопротивления В каких единицах они измеряются? 11.Как понимать потери в диэлектриках и в чём выражается это явление?

12.Назовите причины возникновения потерь в диэлектриках.

13.Что является количественным параметром, характеризующим потери в диэлектрике?

14.Что такое угол и тангенс угла диэлектрических потерь?

15.Изобразите схемы замещения диэлектриков и соответствующие им векторные диаграммы токов и напряжений.

16.Назовите условия эквивалентности схем замещения реальным диэлектрикам.

17.Для чего используются схемы замещения?

18.Что такое пробой диэлектрика? Дать определение.

21.Перечислите количественные параметры, характеризующие основные свойства диэлектриков.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение диэлектрика.

2. Что является количественной характеристикой (мерой) способности диэлектрика поляризоваться?

3. Что такое поляризация и в чём она проявляется?

4. Какие существуют механизмы поляризации?

5. Как связана частотная зависимость ε с механизмами поляризации?

6. Что является количественной мерой электропроводности?

7. Какими параметрами пользуются на практике для характеристики электропроводности?

8. Дайте определение подвижности носителей зарядов.

9. Какие токи протекают в диэлектрике?

10.Дайте определение ρv и ρs. В каких единицах они измеряются? 11.Как понимать потери в диэлектриках и в чём выражается это явление? 12.Назовите причины возникновения потерь в диэлектриках.

13.Что является количественным параметром, характеризующим потери в диэлектрике?

14.Что такое угол и тангенс угла диэлектрических потерь?

15.Изобразите схемы замещения диэлектриков и соответствующие им векторные диаграммы токов и напряжений.

16.Назовите условия эквивалентности схем замещения реальным диэлектрикам. 17.Для чего используются схемы замещения?

18.Что такое пробой диэлектрика? Дать определение. 19.Перечислите и охарактеризуйте механизмы пробоя диэлектриков.

20.Что является количественным параметром, характеризующим явление пробоя и, в каких единицах он измеряется?

21.Перечислите количественные параметры, характеризующие основные свойства диэлектриков. Диэлектрические материалы