Пробой диэлектриков. Элементарные процессы при разряде в газе. Электрическая прочность электроизоляционных материалов. Основные виды пробоя, страница 10

Твердые загрязнения (группа III) в виде сажи, обрывков волокон и пр. искажают электрическое поле внутри жидкости. Это еще больше снижает Епр. Так, неочищенное трансформаторное масло имеет Епр≈4МВ/м, а тщательно очищенное 20…25МВ/м (и высушенное).

5.5. Пробой твердых диэлектриков

Для твердых диэлектриков различают 4 вида пробоев:

1) электрический пробой однородных (макроскопических) диэлектриков;

2) электрический пробой неоднородных диэлектриков;

3) электрический тепловой пробой;

4) электрический химический пробой.

Каждый из указанных 1,2,3,4 может быть в диэлектрике в зависимости от характера электрического поля, частоты, времени действия, дефектов, толщины изоляции.

1. Протекает очень быстро (0.01÷0.1мкс), является чисто электронным процессом, связан с разрушением структуры диэлектрика вследствие ударной ионизации электронами в твердом теле. 

Электрический пробой – электронный процесс, когда из немногих начальных электронов в твердом диэлектрике создается электронная лавина. Развитие лавин сопровождается фотоионизацией, которая ускоряет образование проводящего канала. Ускоренные полем электроны при столкновениях передают свою энергию узлам решетки и разогреваются вплоть до оплавления. В разрядном канале создается значительное давление, которое может привести  к появлению трещин или полному разрушению.

Чисто электрический пробой имеет место, когда исключено влияние электропроводности и tgδ, обусловливающих нагрев, а также отсутствует ионизация газовых включений. Электрическая прочность при электрическом пробое зависит от температуры, сопровождается в своей начальной стадии разрушением диэлектрика в очень узком канале.

Температура тела сама по себе не влияет на процесс пробоя, но сказывается на уровне электрической прочности (уровне Wн).

При однородном поле и однородной структуре твердого диэлектрика Епр может служить мерой электрической прочности вещества (как прочность алмаза). Она наивысшая (≈10³мв/м). Наблюдается у монокристаллов щелочно-галоидных соединений и некоторых органических полимеров.

Имеется разница в Uпр для однородного и неоднородного электрического поля (существенная, почти на порядок).

2. Неоднородность связана с наличием газовых включений (чаще всего). Пробой развивается быстро (10ˉ8с). Епр существенно ниже (выше, чем у жидких диэлектриков) и мало разнятся для однородного и неоднородного электрического поля (важнее внутренняя неоднородность вещества).

Uпр      Епр

Uпр

 


Е пр

 


d

Рис.5.9. Зависимость Uпр(Епр)=f(d)

Наблюдаемая зависимость Uпр и Епр от толщины образца d,  объясняется увеличением степени неоднородности структуры (рост числа слабых мест), что иллюстрирует рис. 5.9.

Наблюдается также зависимость Uпр и Епр от площади электродов (для керамики, бумаги, картона, лакотканей). Причина – та же: рост числа слабых мест. Таким образом, налицо зависимость от размеров образца (но это не тепловой пробой).

До некоторого значения температуры Т  величина Епр не зависит от нее. При повышении температуры Епр начинает падать, что свидетельствует о появлении  механизма теплового пробоя.

Твердый диэлектрик с пористой структурой (неоднородные) имеют наименьшую величину Епр. Наибольшую Епр имеют однородные плотные диэлектрики:

-  стекло, каменная соль, слюда, пропитанная бумага Епр=100…300МВ/м;

-  керамика, пластмассы с наполнителем Епр=10÷15МВ/м;

-  мрамор, дерево Епр=4…6МВ/м;

-  пористая керамика Епр=1.5…2.5МВ/м;

-  кабельная бумага Епр=7…10МВ/м.

Для твёрдых диэлектриков характерны следующие виды проводимости: ионная и электронная.

5.5.1. Ионная проводимость твердых диэлектриков

Механизм ионной проводимости твердых диэлектриков во многом подобен механизму ионной проводимости жидких диэлектриков. Однако имеются и некоторые специфические особенности.