10.11.Схемы замещения диэлектрика с потерями
12.Пробои диэлектриков
Электротепловой пробой твердых диэлектриков на практике встречается чаще, чем другие формы пробоя. Возникает он вследствие нарушения в диэлектрике теплового равновесия между процессами тепловыделения и теплоотдачи и проявляется в тепловом разрушении материала (расплавлении, прожиге и т.п.) в месте наибольших диэлектрических потерь.
Под действием диэлектрических потерь, обусловленных релаксационными видами поляризации и током сквозной проводимости, протекает процесс тепловыделения; материал диэлектрической конструкции нагревается. Повышение температуры сопровождается возрастанием диэлектрических потерь и, следовательно, дальнейшим увеличением количества выделяемого тепла. Образующееся тепло в результате высокой теплопроводности металла токопроводящих частей электроустановки, а также конвекции воздуха (или жидкого диэлектрика) отводится от диэлектрика в окружающую среду — идет процесс теплоотдачи. Если при этом тепловыделение превысит теплоотдачу, то разогрев диэлектрика приведет в конечном счете к тепловому разрушению материала и потере электрической прочности.
Электрический пробой — это разрушение диэлектрика, обусловленное ударной ионизацией электронами из-за разрыва 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.
электрохимический пробой происходит при напряжениях меньших электрической прочности диэлектрика. Вызывается изменением химического состава и структуры диэлектрика в результате электрического старения. Связан с явлением электропроводности. Время развития этого вида пробоя 103–108 с.Завершающей стадией электрохимического пробоя является чаще всего электротепловой пробой, реже — электрический.
Причины электрохимического пробоя:
постоянное напряжение или низкие частоты: электрохимическое старение, приводящее к уменьшению электрического сопротивления;
на высоких частотах может происходить ионизация газа в закрытых порах, вызывающая тепловой эффект и восстановление (в керамике) окислов металлов переменной валентности. Например, в керамике, содержащей Ti: TiO2 (рутил). Электрохимический пробой также может наблюдаться во многих органических диэлектриках.
13.Пробой в газообразных диэлектриках
В газах наблюдается только электрический пробой.
В газообразных диэлектриках есть некоторое количество свободных ионов и электронов, которые под действием электрического поля начинают перемещаться к аноду. Важная роль при пробое, особенно в начальной стадии, принадлежит электронам как частицам, имеющим намного большую подвижность, чем ионы. Электрон при соударении с молекулой передает ей часть своей энергии, после этого возможны два варианта событий, которые упрощенно можно описать так :
1. молекула ионизируется, испуская электрон, таким образом, двигаются (разгоняясь в поле) два электрона, которые могут ионизировать две другие молекулы и теперь уже движутся четыре свободных электрона, которые могут ионизировать следующие четыре молекулы — в результате наблюдается ударная ионизация приводящая к возникновению электронной лавины;
2. молекула переходит в возбужденное состояние и отдает избыточную энергию в форме излучения — фотона, который может ионизировать другую молекулу, таким образом, происходит фотонная ионизация приводящая к возникновению канала с повышенной проводимостью (стримера).