4. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ ДИЭЛЕКТРИКОВ

4.2. Электротепловой пробой

Электротепловой (тепловой) пробой возможен, когда выделяющееся в диэлектрике за счет электропроводности или диэлектрических потерь тепло - Q1 становится больше отводимой теплоты - Q2. В результате в месте пробоя происходит прогрессирующий разогрев диэлектрика, сопровождающийся образованием узкого проплавленного канала высокой проводимости.
Если не учитывать распределение температуры по толщине диэлектрика, то можно легко получить приближенное выражение для анализа зависимости Uпр от влияния различных факторов. Пусть
Q1 = U 2 ω C tgδ     (4.1)
Если в диэлектрике будут только потери проводимости (неполярный диэлектрик), то
tgδ = tgδ0 exp[a(T- T0)], где а и tgδ0 зависят от природы диэлектрика, Т0 - температура окружающей среды (электродов), T - температура диэлектрика. Количество отводимого тепла определяется равенством
Q2 = 2σS(T- T0)     (4.2)
где σ - суммарный коэффициент теплоотвода от диэлектрика в окружающую среду, S - площадь электрода.
рис. 4.1
Из графического представления зависимости Q1 и Q2 от температуры (рис. 4.1) видно, что при U1 и T1 будет устойчивое тепловое равновесие Q1 = Q2; при U2, T2 и U1, T3 - состояние неустойчивого теплового равновесия, при нарушении которого в результате прогрессивного разогрева диэлектрика будет тепловой пробой. Видно, что U3 = Uпр. Из условия теплового равновесия
Uпр = Ц 2σ S (Tкр-To)/(2π f C tgδo) • exp[-a(Tкр-To)/2],     (4.3)
где Tкр соответствует температуры T2 и T3.
Тепловой пробой обычно происходит в течение 10 -2 -10 -3 с, а Eпр около 10 МВ/м.
Пробой диэлектрика при тепловом пробое происходит там, где хуже всего теплоотдача. Eпр при тепловом пробое уменьшается: при увеличении температуры, времени выдержки образца под напряжением; при увеличении толщины диэлектрика из-за ухудшения теплоотвода от внутренних слоев (Uпр с увеличением толщины диэлектрика растет нелинейно).
Электрохимический пробой происходит при напряжениях меньших электрической прочности диэлектрика. Вызывается изменением химического состава и структуры диэлектрика в результате электрического старения. Время развития этого вида пробоя 103 - 108с.