Другие предметы \ Материаловедение

Пробой диэлектриков. Элементарные процессы при разряде в газе. Электрическая прочность электроизоляционных материалов. Основные виды пробоя, страница 2

Зависимость тока через изоляцию от напряжения I(U) представлена на рис. 5.1. Предпробойное состояние диэлектрика характеризуется резким возрастанием тока, отступлением от закона Ома в сторону увеличения. Формально за пробивное принимают такое напряжение, при котором dI/dU=¥, т.е. дифференциальная проводимость становится  бесконечно большой. Точка В графика, для которой dI/dU=¥, соответствует  пробою. Точка А соответствует стационарному состоянию при Uнас≤U≤Uкр (II область) ударная ионизация под действием напряженности отсутствует, а все заряды, созданные внешними факторами, участвуют в создании тока. В области U>Uкр(III область) возникает самопроизвольный разряд, который приводит к пробою (точка В), а напряжение соответствует Uпр.

              I

              B

            A

Iнас

I                 II                III

Uнас                     Uкр        Uпр      U

Рис. 5.1. Зависимость тока от напряжения при пробое диэлектрика

5.1.1. Ударная ионизация

Если условие We ≥ Wu выполнено, это не значит, что каждое столкновение электронов завершится ионизацией. Процесс носит вероятностный характер. Поэтому процесс может характеризоваться коэффициентом ударной ионизации α<1 ([α]=1/см)

 


Р

Pu

Wu                                                        We

Рис. 5.2. График процесса ударной ионизации электронами

Ионизация электронами, ускоряющимися в электрическом поле, называется ударной ионизацией.

Чтобы произошла ударная ионизация, энергия электрона, накапливаемая за z столкновений, Wk=mV²/2 должна быть больше энергии ионизации частицы, т.е.

Wk=mV²/2≥Wu .

(5.3)

5.1.2. Термоионизация

При температуре T>(2…4)×10³K возможна ионизация  нейтральных частиц вещества и при отсутствии электрического поля, поскольку энергия их кинетического (теплового)  движения велика.

При этом ионизация возникает вследствие:

-  соударение молекул (атомов);

-  соударение е и молекул;

-  излучения возбужденных молекул.

Такая ионизация называется термической. Условия термической ионизации определяются выражением

Wt=3KT/2≥Wu .

(5.4)

5.1.3. Фотоионизация

Излучение молекул в виде фотонов (квантов света) имеет различную частоту. С ростом частоты υ энергия фотона Wф растет.

Если

Wф=h υ≥qeUi=Wu ,

(5.5)

то также возможна ионизация. Здесь h=6.54×10³² - постоянная Планка, qe=1.6×10-19   К – заряд электрона, Ui – потенциал ионизации газа.

Процесс также носит вероятностный характер, так как возможна не только ионизация, но и возбуждение частицы с потреблением части энергии фотона (кванта света). Такой вид ионизации называется фотоионизацией.

Рассмотренные виды ионизации относятся к ионизации в объеме. Но свободные электроны могут появляться в объеме диэлектрика, будучи освобожденными с поверхности металла электродов. Работа выхода электронов с поверхности различных металлов различна. Освобождение электронов с поверхности металла может произойти вследствие:

-  фотоэффекта, т.е. бомбардировки  поверхности фотонами;

-  автоэлектронной (холодной) эмиссии под действием высокой напряженности поля;

-  термоэлектронной (горячей) эмиссии под действием большой температуры;

-  бомбардировки поверхности ионами (например, положительными ионами).

Перечисленные виды ионизации лежат в основе всех видов пробоев диэлектриков – газообразных, жидких и твердых.

Для надежной работы электротехнического оборудования координируют коэффициент запаса электрической прочности изоляции относительно класса напряжения рассматриваемого оборудования.

Коэффициент запаса электрической прочности изоляции Кзап. определяется отношением пробивного напряжения электротехнического оборудования к рабочему напряжению.

 .

(5.6)

5.2. Электрическая прочность электроизоляционных материалов

Электрическая прочность электроизоляционного материала является одним из его важнейших свойств.

Скачать файл