2014-02-02
421
Электрический пробой
Это разрушение диэлектрика, обусловленное ударной ионизацией электронами или разрывом связей между атомами, ионами или молекулами. Происходит за время 10-5 - 10-8 с.
Епр при электрическом пробое зависит главным образом:
- от внутреннего строения диэлектрика;
и практически не зависит:
- от температуры;
- частоты приложенного напряжения;
- геометрических размеров образца, вплоть до толщин 10-4 - 10-5 см.
По сравнению с воздухом, у которого Епр порядка 3 МВ/м, наибольших значений Епр при электрическом пробое у твердых диэлектриков достигает 102 - 103 МВ/м, в то время как у тщательно очищенных жидких диэлектриков составляет примерно 102 МВ/м.
Происходит, когда выделяющееся в диэлектрике за счет электропроводности или диэлектрических потерь тепло - Q1 становится больше отводимой теплоты - Q2 → в месте пробоя прогрессирующий разогрев диэлектрика, сопровождающийся образованием узкого проплавленного канала высокой проводимости.
Q1 = U 2ωCtgδ
Возьмем неполярный диэлектрик (только потери проводимости):
|
|
|
tgδ = tgδ0 exp[a(T- T0)]
Т0 – темпер. окружающей среды (электродов), T - температура диэлектрика.
Q2 = 2σS(T- T0)
где σ - суммарный коэффициент теплоотвода от диэлектрика в окружающую среду, S - площадь электрода.
| U1, T1 - устойчивое тепловое равновесие Q1 = Q2; U2, T2 и U1, T3 - неустойчивого тепловое равновесие → разогрев диэлектрика → пробой Tкр соответствует температурам T2 и T3 При Т<T1 (U1) и T<T2 (U2) - пробоя нет, т.к. материал только нагревается, стремясь к тепловому равновесию: (Q1-Q2)↓ Условие пробоя (Q1>Q2) – необходимое, но не достаточное |
Из условия теплового равновесия:
Uпр = (2σS(Tкр-To)/(2π f C tgδo)•exp[-a(Tкр-To)/2)1/2
Тепловой пробой обычно происходит в течение 10 -2-10 -3 с, а Eпр около 10 МВ/м.
Пробой диэлектрика при тепловом пробое происходит там, где хуже всего теплоотдача. Uпр при тепловом пробое уменьшается при:
↑Т и времени выдержки образца под напряжением, ↑ толщины диэлектрика из-за ухудшения теплоотвода от внутренних слоев (Uпр с ↑ толщины диэлектрика ↓ нелинейно).
