Пробой диэлектриков

Диэлектрик, находясь в электрическом поле, теряет свойства электроизоляционного материала, если напряженность поля пре­высит некоторое критическое значение. Это явление носит название пробоя диэлектрика или нарушения его электрической прочности. Значение напряжения, при котором происходит пробой диэлектрика, называется пробивным напряжением U_пр, а соответствующее значение напряженности поля – электрической прочностью диэлектрика.

Пробивное напряжение измеряется чаще всего в киловольтах. Электрическая прочность определяется про­бивным напряжением, отнесенным к толщине диэлектрика в месте пробоя:

,

где h – толщина диэлектрика.

Удобные для практических целей численные значения электри­ческой прочности диэлектриков получаются, если пробивное на­пряжение выражать в киловольтах, а толщину диэлектрика – в мил­лиметрах. Электрическая прочность будет в киловольтах на миллиметр.

Пробой газа обусловливается явлением ударной и фотонной ионизации. Пробой жидких диэлектриков происходит в результате иони­зационных и тепловых процессов. Одним из главнейших факторов, способствующих пробою жидкостей, является наличие в них посто­ронних примесей. Пробой твердых тел вызывается как элект­рическим, так и тепловым процессами, возникающими под дейст­вием поля.

Явление электрического пробоя связано с электронными про­цессами в диэлектрике, возникающими в сильном электрическом поле и приводящими к внезапному резкому местному возрастанию плот­ности электрического тока к моменту пробоя.

Тепловой пробой является следствием уменьшения активного сопротивления диэлектрика под влиянием нагрева в электрическом поле, что приводит к росту активного тока и дальнейшему увеличению нагрева диэлектрика вплоть до его термического разрушения.

При длительном действии напряжения пробой может быть выз­ван электрохимическими процессами, происходящими в диэлектрике под воздействием электрического поля.

Пробой газов – явление чисто элек­трическое. Поэтому все численные результаты экспериментов по пробою газов относятся к максимальным (амплитудным) значениям напряжения. Поскольку в разрушении жидких и особенно твердых диэлектриков существенную роль играют тепловые процессы, то при приложении к диэлектрикам переменного напряжения чис­ленные значения пробивного напряжения относятся к действую­щим.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Какими электрофизическими характеристиками описывается поведение диэлектриков в электрическом поле?

2. Какие вещества относятся к полярным, а какие к неполярным диэлектрикам?

3. Что называется собственным, а что индуцированным электри­ческим моментом?

4. Описать процесс электронной поляризации в диэлектриках.

5. Описать процесс ионной поляризации в диэлектриках.

6. Процесс дипольно-релаксационной поляризации в ди­электриках.

7. Процесс ионно-релаксационной поляризации в диэлек­триках.

8. Описать процесс миграционной поляризации в диэлектриках.

9. Описать процесс спонтанной поляризации в диэлектриках.

10. Как определить диэлектрическую проницаемость диэлектрика, представляющего собой физическую смесь различных ингредиентов?

11. Быстрые и медленные виды поляризации. Чем они отличаются?

12. В каких диэлектриках наблюдаются быстрые, а в каких - релак­сационные виды поляризации?

13. Назвать основные типы носителей заряда и механизм электро­проводности в газообразных, жидких и твёрдых диэлектриках.

14. Почему при измерении величины тока, протекающего через ди­электрик, необходимо проводить измерения через некоторое время по­сле подачи напряжения?

15. Дайте определение удельному объёмному и удельному поверх­ностному сопротивлению. В каких единицах измеряются эти величины?

16. Описать характер изменения тока в диэлектрике при подаче на него неизменяющегося во времени напряжения.

17. Описать характер изменения электропроводности диэлектрика при изменении температуры.

18. Описать виды диэлектрических потерь.

19. Какие существуют виды пробоя диэлектриков?

20. Описать лавинный пробой.

21. Описать электрический пробой твердых диэлектриков.

22. Описать электротепловой пробой диэлектриков.

23. Описать ионизационный пробой диэлектриков.

24. Классификация диэлектрических материалов.

25. Диэлектрические материалы: трансформаторное масло, смолы, компаунды, лаки, слоистые пластики, волоконные материалы.

13. МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Магнитные материалы обладают способностью при внесении их в магнитное поле намагничиваться, а некоторые из них сохраняют свою намагниченность и после прекращения воздействия магнит­ного поля.