Электропроводность диэлектриков в сильных полях Пробивное напряжение и электрическая прочность

Минимальное напряжение U_пр, приложенное к диэлектрику, и приводящее к образованию в нем проводящего канала, называется пробивным напряжением.

В зависимости от того, замыкает ли канал оба электрода, пробой может быть полным, неполным или частичным. У твердых диэлектриков возможен также поверхностный пробой, после которого повреждается поверхность материала, образуя на органических диэлектриках науглероженный след-трекинг.

Отношение импульсного, пробивного напряжения к его статическому значению больше единицы и называется коэффициентом импульса.

Зависимость пробивного напряжения от времени приложения напряжения называют кривой жизни электрической изоляции.

Снижение U_пр от времени происходит из-за электрического старения изоляции - необратимых процессов под действием тепла и электрического поля.

Электрической прочностью называют напряженность электрического поля при пробое изоляции в однородном электрическом поле,

где:

E_пр, В/м; U_пр - пробивное напряжение, В; d - толщина диэлектрика, м.

Кроме В/м электрическую прочность часто выражают в мВ/м или кВ/мм. Соотношение между этими единицами таково:

1 МВ/м=10⁶ В/м=1 кВ/мм.

Определение электрической прочности

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ, минимальная напряженность однородного электрического поля, при которой наступает пробой диэлектриков.

Д ля оценки электрической прочности Е_пр необходимо, чтобы пробой производился в однородном электрическом поле. В этом случае пробивное напряжение U_пр будет пропорционально Е_пр. Однородное поле можно создать между двумя электродами, представляющими собой тела вращения определенной формы. Для получения поля, близкого к однородному, можно

воспользоваться цилиндрическими электродами, при этом диаметр нижнего электрода D₁ должен быть больше диаметра верхнего D электрода не менее чем в 3 раза.

Близкое к однородному поле можно получить на электродах в виде дисков с закругленными краями или в виде шаров при малом расстоянии между ними. При использовании листовых образцов и плоских электродов однородное поле получается лишь в средней части образца между электродами, у краев поле искажается.

Для определения Е_пр твердых изоляционных материалов применяют образцы с одной или двумя лунками или с лункой и выточкой.

Электроды получают путем осаждения серебра, золота, платины, меди или алюминия различными методами, например, распылением в вакууме или вжиганием. Могут быть получены графитовые электроды из суспензии графита в лаке.

Электрический пробой

Электрический пробой - разрушение диэлектрика, обусловленное ударной ионизацией электронами или разрывом связей между атомами, ионами или молекулами. Происходит за время 10^-5 - 10^-8 с.

Е_пр 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.

По сравнению с воздухом, у которого Е_пр порядка 3 МВ/м, наибольших значений Е_пр при электрическом пробое у твердых диэлектриков достигает 10² - 10³ МВ/м, в то время как у тщательно очищенных жидких диэлектриков составляет примерно 10² МВ/м.