Пробой твердых диэлектриков.

В твердых диэлектриках могут наблюдаться три основных механизма пробоя:

• электрический;

• тепловой;

• электрохимический.

Электрический пробой. В основе механизма электрического пробоя твердых диэлектриков лежат электронные лавинообразные процессы. Пробой наступает вследствие образования в диэлектрике между электродами плазменного газоразрядного канала, в формировании которого участвуют эмиссионные токи из катода и свободные заряды, образующиеся в результате электронной ударной ионизации и фотоионизации. Завершается пробой механическим или тепловым разрушением.

На механизм пробоя твердых диэлектриков влияет однородность структуры материала. К неоднородным относятся диэлектрики, имеющие пористую структуру, т.е. содержащие газовые включения. Для однородных диэлектриков наблюдается заметная разница между значениями пробивного напряжения в однородном и неоднородном электрических полях. Это объясняется тем, что в однородном поле происходит пробой диэлектрика в самом слабом месте диэлектрика (например, в месте имеющегося дефекта структуры), а в неоднородном электрическом поле – в точке с максимальной напряженностью поля.

Для однородных диэлектриков электрическая прочность практически не зависит от их толщины: ее незначительное снижение при большой толщине может наблюдаться только при наличии дефектов структуры. Для неоднородных диэлектриков с увеличением толщины образца усиливается неоднородность структуры (возрастает число газовых включений) и снижается электрическая прочность, как в однородном, так и в неоднородном электрических полях.

Тепловой пробой. 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.

Электрохимический пробой возникает вследствие электрического старения диэлектриков. Под воздействием окружающей среды и, в первую очередь, электрического поля материал стареет. В нем протекают необратимые химические процессы, вызывающие ухудшение физико-химических, в том числе и электрических, свойств. Электрическая прочность материала снижается, и пробой наступает при напряженности поля ниже расчетной.

Тема №5. Неэлектрические свойства диэлектриков.

Тепловые свойства.

Нагревостойкость – способность изоляционного материала выдерживать воздействие повышенной температуры без явного ухудшения изоляционных свойств в течение всего срока службы электрооборудования.

В зависимости от допустимых в эксплуатации рабочих температур (диэлектрики различают по классам нагревостойкости. Всего выделяют 7 классов (Y, A, E, B, F, H, C), охватывающих диапазон рабочих температур от 90 до более 180 градусов.

Холодостойкость – способность изоляции не снижать эксплуатационной надежности при низких температурах (минус 60-70^оС) и более низких (криогенных температурах).

Теплопроводность – способность материалов переносить тепло от более нагретых частей к менее нагретым, что приводит к выравниваю температуры.

Перенос тепла осуществляется свободными электронами, поэтому у металлов коэффициент теплопроводности значительно выше, чем у диэлектриков.

Тепловое расширение – увеличение объема материала при нагреве. Количественной оценкой данного свойства является температурный коэффициент линейного расширения.