ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Электрическая прочность диэлектриков из "Конструкционные и электротехнические материалы " В зависимости от свойств изоляции и мощности источника электрической энергии, с помощью которого подается напряжение на образец, после пробоя в изоляции могут наблюдаться следующие изменения. В месте пробоя возникает искра, а при большой мощности источника — даже электрическая дуга, под действием которой происходят оплавление, обгорание, растрескивание и тому подобные изменения и диэлектрика, и электродов. В пробитом твердом диэлектрике в месте пробоя можно обнаружить пробитое, проплавленное, прожженное отверстие у- след пробоя. Если к такому образцу твердой изоляции напряжение приложить повторно, то пробой происходит, как правило, при значительно меньших напряжениях, чем ипервого пробоя. При пробое газообразных и жидких диэлектриков после снятия приложенного напряжения пробитый промежуток восстанавливает первоначальные значения U р, так как атомы и молекулы газа или жидкости практически мгновенно диффундируют в объем, который занимали разрушенные в процессе пробоя частицы. [c.166] На практике пробивное напряжение удобно выражать в киловольтах, толщину диэлектрика — в миллиметрах, а электрическую прочность — в киловольтах на миллиметр. В этом случае справедливы следующие соотлошения 10 В/м 1 МВ/м - 1 кВ/мм. [c.167] При определении р твердого диэлектрика может произойти пробой по поверхности — перекрытие образца, т. е. поверхностный пробой (рис. 5.27). В этом случае пробиваются воздух или жидкость, окружающие образец твердого диэлектрика. Напряжение поверхностного перекрытия зависит от свойств твердого диэлектрика, формы образца, электредов и закономерности пробоя окружающей среды. [c.167] Образцы-для определения р Твердых диэлектриков должны обеспечивать пробой в однородном поле их размеры задаются в стандартах, и они намного фзльше размеров электродов для того, чтобы исключить поверхностный пробой. Для предотвращения поверхностного пробоя можно проводить определение (, на образцах, расположенных в жидком диэлектрике, например транс( юр-маторном масле. На рис. 5.28 приведены формы и размеры ряда образцов для определения р твердых диэлектриков. Если толщина образца не позволяет определить его t/ p, то в нем выполняют проточку, как это показано для толстых плоского (рис. 5.28, б) и цилиндрического (рис. 5.28, 3) образцов. [c.167] В качестве электродов могут использоваться массивные металлические нажимные электроды, изготовленные из нержавеющей стали, меди, латуни и других металлов притертые на вазелине и трансформаторном масле с льговые. напыленные в вакууме металлические, графитовые и другие электроды. Для получения в месте пробоя однородного поля диаметр D, нижнего электрода должен быть не менее чем в три раза больше диаметра D верхнего электрода (рис. 5.28, а). Могут применяться и электроды с одинаковыми диаметрами (рис. 5.28, в). Однородное поле в тонких пленочных образ цах обеспечивает применение волусферического верхнего электрода. [c.167] Измерение U р образцов диэлектриков производится на испытательных установках, принципиальная схема которых изображена тга рис. 5.30. [c.168] Установка для измерения U р при частоте 50 Гц (рис. 5.30. а) состоит из испытательного трансформатора Т для повышения напряжения. Напряжение на низковольтной обмотке этого трансформатора плавно или ступенями из.меняется с помощью автотрансформатора А Т. Образец / подключен с помощью электродов 2 и, i к высоковольтной обмотке испытательного трансформатора. Защитный резистор fi служит для ограничения тока, протекающего при пробое по высоковольтной обмотке трансформатора Т. Напряже-(гие на образце измеряется вольтметром V. который градуируют по напряжению высоковольтной обмотки. Мощность испытательной установки должна быть достаточной, чтобы установившийся ток короткого замыкания при пробое со стороны высокого напряжения ыл не менее 40 мА при испытаниях твердых и 20 мА жидких диэлектриков. Этот ток контролируют по амперметру мА, проградуированному по току короткого замыкания в высоковольтной обмотке. Напряжение на токоведущих частях высоковольтного трансформатора и резисторе R опасно для жизни. Поэтому трансформатор Т. [c.168] В ходе определения f/ p напряжение на низковольтной обмотке плавно или ступенями повышают и фиксируют напряжение пробоя по вольтметру V. В цепи низкого напряжения предусмотрено автоматическое устройство, которое отключает питание установки в момент пробоя. Сигнальная лампа СЛ указывает на включение и отключение установки. [c.169] Для измерения U j, на постоянном токе (рис. 5.30, б) в цепь высокого напряжения включают высоковольтный диод Д и конденсатор Сф, который служит для сглаживания пульсаций тока в этой однополуперйодной схеме выпрямления. [c.169] Физическая природа пробоя диэлектриков. Рамличают следую- цие виды пробоя диэлектриков. [c.169] Электрохимический пробой (электрическое старение) обусловлен медленными изменениями химического состава и структуры диэлектрика, которые развиваются под действием электрического поля или разрядов в окружающей среде. Время ра )нптия электрохимического пробоя составляет 10 — 10 с и называется временем жизни диэлектрика. С увеличением напряжения или температуры как правило, уменьшается Процесс электрохимического пробоя развивается в электрических полях, значительно меньших, чем электрическая прочность диэлектрика. [c.171] Возможны и другие разновидности механизмов пробоя, которые имеют место в этих трех типах пробоя, как отдельные стадии развития процесса потери электрической прочности. Различают ионизационный, электромеханический, электротермомеханический механизмы пробоя. [c.171] Ионизационный пробой возникает в результате действия на диэлектрик частичных разрядов в газовых порах. Разрушительное воздействие частичных разрядов на диэлектрик обусловлено многими факторами. Например, полимерные диэлектрики под действием частичных разрядов окисляются образующиеся в результате частичных разрядов электроны и ионы, бомбардируя стенки пор, прои.зводят их эрозию, т. е. механически разрушают образующиеся оксиды азота и озон химически разрушают полимер наконец, разрушают стенки поры тепловое воздействие перегретого разрядом газового включения. [c.171] Электромеханический пробой наблюдается в полимерных диэлектриках при температурах, когда они находятся в высокоэластичном состоянии. Под действием сил электростатического притяжения, возникающих между электродами при высоком напряжении, происходит механическое сдавливание диэлектрика, уменьшение его толщины. При достижении критической деформации происходит механическое разрушение образца. [c.171] Электротермомеханический пробой является разновидностью электротеплового и наблюдается в хрупких диэлектриках, например в керамиках, содержащих поры. Вблизи ионизированных газовых включений образуются перегретые области диэлектрика. Их тепловое расширение больше, чем у менее нагретых областей. В результате в диэлектрике возникают механические напряжения, которые приводят к образованию в хрупком материале микротрещин и в конечном итоге к механическому разрушению. [c.171] Если при столкновении с молекулами они производят ионизацию, то образованшийся электрон притягивается к положительному иону и рекомбинирует с ним. Наконец, ускоренный до больших энергий ион при взаимодействии с электроном атома или молекулы газа передает ему незначительную часть энергии, так как его масса в тысячи раз больше массы электрона. [c.172] Пробой развивается следующим образом. Под действием внешнего ионизатора, например при фотоэмиссии электронов с катода, в разрядном промежутке образуются электроны. Эти первичные электроны, перемещаясь от катода к аноду, производят ударную ионизацию, в результате чего возникает и перемещается к аноду со скоростью 10 м/с первичная электронная лавина. На пути следования лавины образуется канал, состоящий из электронов и положительных ионов, плотность которых лавинно увеличивается и она тем больше, чем ближе фронт лавины расположен к аноду. [c.172] В ряде случаев ускоренный полем электрон при столкновении с частицами газа передает им свою энергию, однако ионизации не происходит. Энергия затрачивается на перевод в возбужденное состояние электронов в атомах или молекулах. В последующем электроны возвращаются в невозбужденное состояние, а запасенная избыточная энергия излучается в виде кванта света, фотона. Фото-ны образуются и в результате рекомбинации электронов и ионов. Фотоны распространяются со скоростью света (3- 10 м/с), и их энергия в некоторых случаях достаточна, чтобы произвести фотоионизацию других атомов или молекул, расположенных далеко впереди фронта первичной лапины. В результате появляются цторичные. образовавшиеся за счет фотоионизации электроны, которые в свою очередь начинают процесс ударной ионизации и порождают новые электронные лавины, расположенные далеко впереди фронта первичной лавины. [c.172] Вернуться к основной статье