5. Пробой диэлектриков.
5.1-5.4. Что такое электрический пробой диэлектрика? Дайте определение, подходящее для диэлектрика в любом агрегатном состоянии (газообразном, жидком, твёрдом). Что такое электрическая прочность материала? В чём она измеряется? Как влияет неоднородность электрического поля на электрическую прочность диэлектрика.
Опишите качественно и количественно пробой газов. Что такое стриммеры, фотоэлектроны, катодное пятно, дуга, искра?
5.1.
Изобразите на графике и объясните
зависимость электрической прочности
воздуха 
от расстояния между электродами.
Рассчитайте значение напряжения пробоя
воздуха при частоте f
= 50 Гц,
температуре Т
= 40 0С,
давлении p
= 0,3 Мпа и толщине слоя h
= 0,05 см.
5.2. Изобразите на графике и объясните зависимость электрической прочности воздуха от давления. Рассчитайте значение напряжения пробоя воздуха для частоты f = 50 Гц, температуры Т = 25 0С, давления p = 0,5 Мпа и толщине слоя h = 1,0 см.
5.3. Почему напряжения пробоя воздуха в неоднородном поле зависит от полярности? Приведите и объясните зависимость напряжения пробоя воздуха от расстояния. Во сколько раз напряжение пробоя воздуха изменяется при замене напряжения (для толщины слоя h = 6,0 см)?
5.4. Почему напряжение пробоя воздуха в неоднородном поле зависит от частоты? Приведите и объясните зависимость напряжение пробоя воздуха от частоты. Во сколько раз напряжение пробоя воздуха изменяется при увеличении частоты от 50 до 3,85∙105Гц (толщина слоя h = 6,0 см)?
5.5.-5.8. Почему электрическая прочность жидкостей больше, чем электрическая прочность газов? Как происходит пробой жидкостей, содержащих газовые включения? Почему вода влияет на электрическую прочность масла? Опишите свойства и назовите область применения материала.
5.5. Содержание воды в масле возросло от 0,01 до 0,05%. Во сколько раз изменится напряжение пробоя масляного промежутка?
5.6. При температурах –35 0С и +15 0С электрическая прочность масла имеет одинаковые значения. Почему это происходит?
5.7. Почему зависимости электрической прочности от температуры для подсушенного масла и масла, содержащего следы воды, отличаются? Приведите эти зависимости и объясните их.
5.8. Приведите и объясните зависимость электрической прочности подсушенного масла от температуры при частоте 50 Гц. Как изменится электрическая прочность при возрастании частоты электрического поля? Почему это происходит?
5.9.-5.13. Опишите четыре вида пробоя твёрдых диэлектриков.
5.9. Зависит ли электрическая прочность от температуры при электрическом пробое твёрдых диэлектриков? Почему? Объясните процесс образования электронной лавины. Как и почему влияет на процесс пробоя неоднородность электрического поля? Во сколько раз изменится напряжение пробоя для технического стекла толщиной 0,3 мм при переходе от однородного поля к резко неоднородному? Опишите свойства и назовите области применения материала.
5.10. Почему электрическая прочность при электрическом пробое неоднородных диэлектриков зависит от толщины? Какова роль газовых включений? Сравните значения электрической прочности электротехнического фарфора при толщине 0,5 мм и 2,5 мм на частоте 50 Гц в однородном поле. Опишите свойства и назовите области применения материала.
5.11. Почему электрическая прочность неоднородных диэлектриков зависит от площади электродов?
5.12. При каком виде пробоя и почему электрическая прочность диэлектриков зависит от температуры? Приведите и объясните зависимость электрической прочности для электротехнического фарфора на частоте 50 Гц. Чему равно напряжение пробоя образца толщиной 1,0 мм при 100 0С? Опишите свойства и назовите области применения материала.
5.13. Опишите свойства диэлектриков с открытыми порами. Сравнит электрическую прочность воздуха, непропитанной бумаги, дерева и пористой керамики. Какие материалы имеют более высокую электрическую прочность? Опишите свойства и назовите области применения материалов.
5.14.-5.17.
Опишите явление электротеплового
(теплового) пробоя твёрдых диэлектриков.
Зависит ли электрическая прочность
от частоты, размеров диэлектрика, формы
электродов при тепловом пробое? Как
влияет температура на электрическую
прочность?
5.14. Опишите методику упрощённого расчёта пробивного напряжения при тепловом пробое. Какова роль коэффициента теплопроводности?
5.15. Получите выражение для пробивного напряжения при электротепловом пробое по упрощённой теории Семёнова-Фока.
5.16. Опишите методику упрощённого расчёта значения напряжения пробоя при электротепловом пробое. Какова роль диэлектрических потерь? Температуры?
5.17. Опишите методику упрощённого расчёта значения напряжения пробоя при электротепловом пробое. Как и почему влияет частота электрического поля на напряжение пробоя?
5.18. Опишите влияние электрохимического пробоя (электрического старения) диэлектриков. Почему на данный процесс оказывает влияние электропроводность? Опишите материалы, для которых характерен данный вид пробоя.
5.19. Образец диэлектрика состоит из двух слоёв (резина и конденсаторная бумага) равной толщины 100 мкм. Напряжение, приложенное к диэлектрику, равно 3 кВ, частота 50 Гц. Какой из материалов раньше пробьётся? Сделайте расчёт значений напряжённостей электрического поля в каждом слое. Электропроводностью пренебречь. Опишите свойства и области применения каждого из материалов (табл. 2).
Таблица 2
Электрические свойства отдельных диэлектриков
Материал |
Относительная диэлектрическая проницаемость 𝓔 |
Электрическая прочность, МВ/м |
Удельное электрическое сопротивление ρ, Ом∙м |
Резина |
4,0 |
35,0 |
1013 |
Бумага непропитанная |
2,0 |
6,0 |
1010 |
Бумага конденсаторная |
3,5 |
200 |
1011 |
Полиэтилен |
2,2 |
150 |
1014 |
Фторопласт Ф-4 |
2,0 |
200 |
1016 |
Текстолит |
7,0 |
14,0 |
108 |
Фарфор |
6,0 |
25,0 |
1012 |
Янтарь |
2,8 |
- |
1017 |
Гетинакс |
2,8 |
25,0 |
1011 |
Поливинилхлорид |
4,0 |
200 |
1013 |
Слюда |
7,0 |
100 |
1013 |
Стекло |
6,5 |
50 |
1015 |
Лавсан |
3,6 |
100 |
1015 |
5.20. Образец диэлектрика состоит из двух слоёв: бумага конденсаторная (10 мкм) и фторопласт Ф-4 (20 мкм). Частота 50 Гц. При возрастании напряжения на образце один из слоёв пробьётся первым. Какой именно? При каком напряжении на образце? После пробоя данного слоя пробьётся ли второй слой? Выполните расчёт значений напряжённостей электрического поля в каждом слое. Электропроводностью пренебречь. Опишите свойства и области применение каждого из материалов (табл. 2).