§3.7. Пробой диэлектриков.

Электрический пробой наступает при напряженностях поля, превышающих критические значения, когда диэлектрик теряет изолирующие свойства. Возникают процессы ударной ионизации в газах, жидких и твердых диэлектриках, если энергия электронов, разогнанных электрическим полем превышает энергию ионизации атомов данного материала. Каждый материал характерен потенциалом ионизации. U=W/q. Рассмотрим "стримерную" модель электрического пробоя газового промежутка. Два электрода на расстоянии, имеется напряжение... Рис1. Приложенное к электродах напряжение до пробоя формирует напряженность электрического поля, на графике внизу это поле характеризуется линией OU и в любой точке пространства оно одинаково. Приложенная напряженность поля разгоняет имеющиеся в газе электроны (электроны появляются из за тепловых соударений атомов между собой). В точке А один из разогнанных электронов иронизирует атом газа, снова разгоняется, снова ионизирует и формирует лавину АВ. Эта лавина состоит из нейтральных атомов, ионов и электронов. В лавине электроны и ионы рекомбинируют через какое-то время после генерации, излучая кванты света. Эти кванты света производят фотоионизацию окружающего газа. Сама лавина является электропроводящим материалом - газом внутри окружающего ее газа-диэлектрика.

Распределение потенциала в межэлектронном пространстве, бывшее линейно возрастающим до пробоя, после появления лавины становится ступенчатым – потенциал точки А приближается к точке В, т.е. в голове лавины формируется аномально высокая напряженность электрического поля, характеризуемая кривой. В этом слое с высокой напряженностью электроны лавины и электроны от фотоионизации разгоняются и впереди первой лавины появляется вторая и последующие вплоть до анода. Формируется шнур, наполненный электронами, прибывающими к аноду и ионами, медленно двигающимися к катоду. Сообщество электроном формирует отрицательный стриммер, их больше всего у анода и там же наибольшее количество ионов, образовавшиеся ионы двигаются к катоду, бомбардируют его, разогревают до температур термоэлектронной эмиссии. Тогда катод является источником электронного тока из за своего нагрева, ток в нуле проводимости резко возрастает, обеспечивая короткое замыкание разности потенциалов между катодом и анодом. Разряд гаснет. Пробой газовых диэлектриков начинается с разгона электронов, имеющихся в газе. Причина разгона - напряженность электрического поля. В жидких диэлектриках причина для разгона та же, но длина свободного пробега в жидкой среде меньше, чем в газе, и требуются большие напряженности электрического поля для начала разряда. При импульсах напряжения электропрочность в 5-6 раз выше, чем при длительном воздействии. В жидкостях, работающих на радиочастотах происходит нагрев от диэлектрических потерь, вскипание в некоторых участках и в начале пробой по образовавшимся газовым участкам, а затем по остальной массе. Электропрочность жидких диэлектриков зависит от влаги и примесей. Пробой в твердых диэлектриках может быть электрическим, тепловым и электрохимическим (старение материала). При электрическом пробое диэлектрик разрушается из за электропроводности. Процессы происходят за 10(^-7) сек. При тепловом пробое выделяющееся из за поляризационных процессов тепло внутри не успевает рассеиваться, и диэлектрик тем лучше, чем меньше различаются у него температура внутри и на поверхности. Электрохимический пробой возникает при повышенных рабочих температурах твердых диэлектриков. Особенно во влажной среде. Тогда происходят необратимые процессы, например восстановление окислов металлов керамике и появление металлической электропроводности. Электрохимический пробой требует длительного времени, встречается в керамиках, содержащих окислы металлов переменное валентности.