Електротеплови́й (тепловий) пробі́й — пробій, спричинений втратою матеріалом електроізоляційних властивостей, пов'язаної з надмірним зростанням крізної електропровідності або діелектричних втрат від розігрівання в електричному полі до відповідних температур. Гранична напруга при тепловому пробої залежить від ряду чинників: частоти поля, умов охолоджування, температури довкілля і ін. Крім того, напруга теплового пробою пов'язана з теплостійкістю матеріалу.
Тепловий пробій виникає внаслідок порушення в діелектрику теплової рівноваги між процесами тепловиділення та тепловіддачі і проявляється в тепловому руйнуванні матеріалу (розплавленні, пропаленні, розтріскуванні і т.п.) в місці найбільших діелектричних втрат. Під дією діелектричних втрат, зумовлених релаксаційними видами поляризації і струмом наскрізної провідності, відбувається процес виділення тепла; матеріал нагрівається. Підвищення температури супроводжується зростанням діелектричних втрат і, отже, подальшим збільшенням кількості тепла, що виділяється. Тепло утворюється і в результаті теплопровідності металу струмопровідних частин електроустановки, а також конвекції повітря (або рідкого діелектрика) відводиться від діелектрика в навколишнє середовище — йде процес тепловіддачі. Якщо при цьому тепловиділення перевищить тепловіддачу, то розігрів діелектрика призведе в кінцевому рахунку до теплового руйнування матеріалу і втрати електричної міцності. При пробої товстих зразків тепловідведення від внутрішніх областей утруднене, тому вони перегріті у більшій мірі, і в результаті цього в міру збільшення товщини зразків Епр зменшується.
Зазвичай теплове руйнування проявляється у вигляді проплавлення або пропалювання вузького каналу в місці найбільшої структурної неоднорідності діелектрика.
Різновидом теплового пробою можна вважати іонізаційний пробій. Він характерний для неоднорідних діелектриків, що містять включення зі зниженою електричною міцністю, наприклад, газові включення. Таке включення можна представити у вигляді елементарного конденсатора, на обкладках якого при додаванні зовнішнього поля починає накопичуватися заряд. У зв'язку з тим, що діелектрична проникність включення завжди менше значення проникності навколишнього матеріалу, в перерізі діелектрика відбувається перерозподіл напруженості поля, що приводить до збільшення напруженості у включенні. Навіть при помірній напрузі, прикладеній до діелектрика, напруженість у включенні може досягти величини, достатньої для виникнення іонізаційного процесу, що приводить до розряду. Пробій газового чи рідкого включення діелектрика називається частковим розрядом. У результаті іонізаційних втрат розігрівається поверхня закритих пор, виникають локальні перепади температури і пов'язані з ними термомеханічні напруження. Це може призвести до розтріскування діелектрика.
Тепловий пробій зазвичай триває протягом 10-2...10-3 с при Епр близько 10 МВ/м.
Електри́чний пробі́й — лавинний пробій, пов'язаний з тим, що носій заряду на довжині вільного пробігу набуває енергію, достатню для іонізації молекул кристалічної ґратки або газу і збільшує концентрацію носіїв заряду. При цьому створюються вільні носії заряду (збільшується концентрація електронів), які вносять основний вклад в загальний струм. Генерація носіїв відбувається лавиноподібно. Електрони, що досягли певної критичної швидкості, спричиняють відщеплення нових електронів, і стаціонарний стан порушується, тобто виникає ударна іонізація електронами у твердому тілі.
Розрізняють поверхневий пробій та об'ємний пробій діелектриків. У напівпровідників існує різновид поверхневого пробою, так званий шнуровий ефект.
Чисто електричний пробій має місце, коли виключений вплив електропровідності і діелектричних втрат, що обумовлюють нагрівання матеріалу, а також відсутня іонізація газових включень. В разі однорідного поля і повної однорідності структури матеріалу напруженість поля при електричному пробої може служити мірою електричної міцності речовини. Такі умови вдається спостерігати для монокристалів лужно-галоїдних сполук і деяких органічних полімерів. В цьому випадку Епр досягає значень 1000 МВ/м і більше.
Електрична міцність твердих діелектриків практично не залежить від температури до деякого її значення. Вище за це значення спостерігається помітне зниження електричної міцності, що говорить про появу механізму теплового пробою. Низькою електричною міцністю вирізняються діелектрики з відкритою пористістю: мармур, не просочений папір, деревина, пориста кераміка. Їх електрична міцність близька до електричної міцності повітря.
Немає коментарів:
Дописати коментар