Физическая природа пробоя

Различают четыре основных вида пробоя диэлектриков:

Электрический пробой.

2. Электротепловой пробой.

3. Электрохимический пробой.

4. Ионизационный пробой.

Электрический пробой. Этот вид пробоя вызывается ударной ионизацией электронами и протекает практически мгновенно в течение 10^-8 – 10^-5 с. В процессе электрического пробоя диэлектрик разрушается силами, действующими в электрическом поле на электрические заряды его атомов, молекул или ионов. В случае электрического пробоя электрическая прочность Е_пр газообразного диэлектрика (воздуха) при нормальных условиях достигает значения Е_пр = 3МВ/м (амплитудное значение для U_~, h=1 см)

Электротепловой (тепловой) пробой обусловлен нарушением теплового равновесия диэлектрика вследствие диэлектрических потерь или электропроводности. Тепловой пробой возникает, когда нарушается равновесие между теплотой, выделяющейся в диэлектрике, и теплотой, которая отводится в окружающую среду. Время развития и величина U_пр теплового пробоя зависят от конструкции электроизоляционного изделия и условий отвода выделяющейся в диэлектрике теплоты в окружающую среду. Тепловой пробой развивается в течение 10^-3 – 10^-2 с., он во много раз медленнее электрического.

При электротепловом пробое U_пр зависит от частоты приложенного напряжения (при возрастании частоты U_пр уменьшается) и от температуры окружающей среды (начальной работы температуры диэлектрика), уменьшаясь при ее возрастании.

Переход из области чисто электрического пробоя в область электротеплового пробоя зависит от следующих факторов:

- возрастание начальной температуры;

- переход от постоянного напряжения к переменному с дальнейшим повышением частоты;

- ухудшение условий охлаждения.

Электрохимический пробой (электрическое старение). Обусловлен химическими процессами, приводящими к изменениям химического состава и структуры диэлектрика под действием электрического поля. Время развития электрохимического пробоя составляет 10³ – 10⁸ с. и называется временем жизни диэлектрика t_ж. Время жизни зависит от напряжения и температуры: с увеличением напряжения или температуры t_ж, как правило, уменьшается.

Ионизационный пробой обусловлен ионизационными процессами вследствие частичных разрядов в диэлектрике и объясняется действием на диэлектрик химически агрессивных веществ, образующихся в газовых порах диэлектрика. Он характерен для диэлектриков с воздушными включениями (например, бумажная изоляция). При больших напряженностях электрического в воздушных порах возникает ионизация воздуха, образование ионов и выделение тепла. Все эти факторы приводят к постепенному разрушению изоляции и снижению Е_пр.