Электрический пробой твердых диэлектриков

Рис, 5.37. Зависимость Е р при электрическом пробое твердых диэлектриков от времени выдержки под напряжением [c.179]

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРОБОЙ ТВЕРДЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ [c.88]

Иногда происходит электрический пробой твердого диэлектрика. Этот вид пробоя наступает в результате резкого увеличения свободных электронов в диэлектрике. При некотором превышении приложенного к диэлектрику напряжения число свободных электронов в нем резко возрастает. К моменту наступления пробоя свободные электроны образуют лавину в каком-то месте объема диэлектрика. [c.30]

Разрушающее действие разрядов атмосферного электричества известно давно. В литературе описаны многочисленные случаи наблюдавшегося в природе разрушения естественных объектов и сооружений (деревья, скалы, башни, железобетонные опоры и т.п.) при ударе в них молнии. Электрический пробой твердой изоляции в электрических аппаратах и в системах передачи импульсного высокого напряжения тоже, как правило, сопровождается ее механическим разрушением. Это явление обращает на себя особое внимание в исследованиях электрической прочности твердых диэлектриков, когда зримо проявляются определенные закономерности характера разрушения материалов. Поэтому вполне естественно, что появилась идея полезного использования наблюдавшегося эффекта. Согласно предложению А.А.Воробьева /1/, способ разрушения горных пород и руд за счет их электрического пробоя с использованием импульсного высокого напряжения от емкостного накопителя энергии реализуется следующим образом. На кусок породы, породный массив устанавливают электроды (металлические контакты) и подают на них импульс высокого напряжения с уровнем напряжения, достаточным для электрического пробоя. Энергия, выделяющаяся в канале разряда, действует на материал подобно взрывчатому веществу и приводит к его разрушению. При достаточном количестве энергии в разряде способ позволяет разрушать отдельные куски породы, отделять порции материала с поверхности массива. [c.9]

Технической особенностью реализации данного варианта способа является обеспечение особых условий пробоя. Эти условия относятся к выбору среды, в которой реализуется процесс, и соотношения расстояний между электродами по поверхности массива Id и на сквозной пробой Обычно электрическая прочность твердых материалов выше прочности жидкостей и газов и соотношение U.U должно быть существенно больше 1.0 для того, чтобы имел место электрический пробой в толще твердого материала, а не перекрытие его по поверхности. Чем выше электрическая прочность среды, окружающей твердый материал, тем проще добиться пробоя в толще твердого материала. Именно так поступают в исследованиях электрической прочности твердых диэлектриков, помещая подвергаемые электрическому пробою образцы в электрически прочную жидкую среду (например, трансформаторное масло), а сами образцы вьшолняют в форме пластин с отношением ширины к толщине образца не менее 5-10. [c.9]

Создать технологию с непрерывным процессом разрушения массива затруднительно, поэтому дальнейшие исследования были направлены на то, чтобы снять указанные выше ограничения в условиях осуществления электрического пробоя. Требовалось создать условия, при которых пробой породы мог бы быть осуществим даже при наложении электродов только с одной свободной поверхности. В исследованиях электрической прочности жидких и твердых диэлектриков на косоугольной волне импульсного напряжения было установлено, что их вольт-временные зависимости пробоя (далее вольт-секундные характеристики - в.с.х.) характеризуются различным коэффициентом импульса ki. Данный коэффициент определяет степень роста напряжения пробоя на импульсном напряжении по отношению к напряжению пробоя на статическом напряжении (напряжении постоянного тока, тока промышленной частоты). С уменьшением времени экспозиции импульсного напряжения прочность жидких диэлектриков растет быстрее, чем для твердых диэлектриков, что приводит к инверсии соотношения электрических прочностей сред /2/. На статическом напряжении электрическая прочность твердых диэлектриков, как правило, превышает прочность жидких диэлектриков в одинаковых разрядных промежутках. Однако на импульсном напряжении при экспозиции напряжения менее 10- с электрическая прочность диэлектрических жидкостей и даже технической воды возрастает настолько, что становится выше прочности твердых диэлектриков и горных пород. [c.10]

При электрическом пробое твердых тел механизм эрозии несколько отличается от приведенного выше. Главным воздействующим фактором выступает плазма, истекающая под высоким давлением в твердом теле из устьев канала разряда на электроды /114,115/. Величина эрозии электродов при пробое твердых тел более чем на порядок превышает эту же величину при пробое солярового масла в сопоставимых условиях. Так, при постоянной энергии импульса и длине рабочего промежутка Wo = 560 Дж, / = 10 мм) эрозионный износ сталей (Ст.З) при пробое горных пород и твердых диэлектриков изменяется от 96-10 (мрамор) до 498-10- г/имп. (винипласт), а при пробое солярового масла составляет 9.1210- г/имп. [c.168]

Проведение испытаний и обработка наблюдений. Определение электрической прочности твердых диэлектриков производят при плавном или ступенчатом подъеме напряжения. В обоих случаях первоначально определяют U p при плавном повышении напряжения. Скорость плавного повышения напряжения должна быть такой, чтобы пробой происходил через 10—20 с после начала подъема. [c.395]

Следует отметить, что ввиду кратковременности процесса пробоя газов значение электрической прочности (или пробивного напряжения газового промежутка) при переменном напряжении определяется амплитудным (а не действующим, как, например, при тепловом пробое твердых диэлектриков) значением. При постоянном напряжении и расстоянии между электродами порядка 1 см электрическая прочность воздуха в случае нормальных температуры и давления пр = 3 МВ/м (амплитудное значение для переменного напряжения или же постоянное значение для постоянного напряжения). Существуют газы, электрическая прочность которых заметно выше или ниже электрической прочности воздуха (см. 20.1 и рис. 18.4). [c.149]

Пробой твердых диэлектриков представляет собой сложное явление, которое до сих пор с теоретической точки зрения разъяснено недостаточно. Разрушение твердого диэлектрика при воздействии напряжения может происходить как чисто электрический процесс (электрический пробой) или как термический процесс (тепловой пробой). Кроме того, в ряде случаев при длительном действии напряжения пробой может происходить в результате развития в диэлектрике сложных электрохимических явлений (электрохимический пробой). [c.95]

По вопросу об электрическом пробое было предложено несколько теорий, недостаточно согласованных между собой. Не подтвердилось представление о пробое твердого диэлектрика как о процессе, обусловленном механическим разрушением решетки [c.95]

Нужно считать несомненным, что в основе явления электрического пробоя твердых диэлектриков должно лежать представление об электронном механизме этого процесса, сопровождающемся лавинным возрастанием электронного тока. Ионизация, вызывающая пробой, может носить термический, электростатический или ударный характер. Дальнейшее развитие теории электрического пробоя требует использования квантовомеханических представлений об электрических процессах. [c.96]

Экспериментальные данные по электрическому пробою твердых тел показывают, что основными факторами, влияющими на величину пробивного напряжения, являются характер микроструктуры твердого диэлектрика, форма электрического поля и вид напряжения. [c.96]

Электротепловой пробой твердого диэлектрика заключается в его разрушении, вызванном нагреванием диэлектрическими потерями. В соответствии со сказанным в 2-3 выделение тепла в единице объема данного материала за единицу времени при переменном напряжении прямо пропорционально величинам напряженностей электрического поля Е и частоте I [c.83]

Из формулы Фока ясно видно влияние условий нагрева и охлаждения на электрическую прочность твердого диэлектрика при электротепловом пробое. Эта формула имеет важное теоретическое и прикладное значение, так как дает возможность правильно оценить закономерности электротеплового пробоя, часто наблюдающегося на практике, [c.87]

На основании этих работ можно сделать вывод, что наиболее вероятным механизмом электрического пробоя многих твердых диэлектриков, в первую очередь кристаллов, является ударная ионизация электронами. В твердом теле этот процесс протекает с известным отличием по сравнению с тем, что происходит в газах. В кристаллах электроны, разгоняемые электрическим полем, теряют часть своей кинетической энергии от взаимодействия с узлами решетки. Этим можно объяснить тот факт, что электрическая прочность твердых диэлектриков значительно превосходит электрическую прочность газов. В качестве примера возможного механизма электрического пробоя ниже приведены основные положения теоретических работ А. А. Воробьева и К. Е. Завадовской. Изучая пробой щелочно-галоидных кристаллов, эти ученые обнаружили прямую пропорциональность между электрической прочностью и энергией решетки. Отсюда был сделан вывод, что для начала ударной ионизации электронами необходимо, чтобы последние при разбеге в электрическом поле приобретали кинетическую энергию, составляющую некоторую часть энергии решетки. Скорость электрона, разгоняемого полем, к мо менту столкновения с узлом решетки может быть выражена уравнением [c.92]

Увеличение электрической прочности твердых диэлектриков при электрическом пробое при очень малой экспозиции объясняется одной из двух причин во-первых, за очень короткое время в диэлектрике не успевает развиться разряд, приводящий к пробою во-вторых, энергия кратковременного импульса может оказаться недостаточной (хотя [c.80]

Увеличение электрической прочности твердых диэлектриков при электрическом пробое при очень малой экспозиции объясняется одной из двух причин во-первых, [c.79]

Пробой твердых диэлектриков. Р.1звитие той или иной формы пробоя зависит от природы твердого диэлектрика и условий определения электрической прочности. При испытар иях на импульсах с длительностью 10 " — Ю- с в условиях, когда отсутствуют раз-рнды у краев электродов, имеет место электрический пробой образца. Если проводимость такого диэлектрика велика и резко зависит от температуры, то при выдержке этого же образца под напряжением в течение 10 — 10 - с в нем развивается тепловой пробой. При воздействии на образец в течение длительного времени [c.178]

Теория электрического пробоя. В основе электрического пробоя твердых диэлектриков лежат электронные процессы ударной ионизации, которые и объясняют пробой твердого диэлектрика импульсами напряжения длительностью 10 —10 сек. В этом процессе исключается влияние диэлектрических потерь и нагрева материала под действием напряжения. Как и в газах, пробой наступает мгновенно, не зависит от времени действия напряжения и связан с разрушением молекулярной и кристаллической структуры материала. При электрическом пробое решающим фактором является напряженность электрического поля, так как именно она обусловливает процесс образования и движения электронов в диэлектрике. Этим и, определяются закономериости изменения пробивного напряжения от времени, температуры и частоты, которые наблюдаются при электрическом пробое. [c.39]

На рисунке 1.1 схематично дано сопоставление вольт-секундных характеристик пробоя в одинаковом разрядном промежутке твердого тела (горной породы) и жидкой среды. Точка пересечения вольт-секундных характеристик Ak соответствует равенству прочностей и вероятности электрического пробоя фавниваемых сред, и при экспозиции импульсного напряжения менее 10- с горная порода становится электрически слабее такого жидкого диэлектрика, как трансформаторное масло, а при экспозиции менее 2-3-Ю" с - слабее технической воды. В области диаграммы левее преобладает электрический пробой твердого тела. В диэлектрических жидкостях условия для реализации процесса более благоприятные, пробой в недиэлектрической жидкости требует импульсов напряжения с длительностью фронта на порядок меньше (10 с) и более высокого уровня напряжения (подробнее см. разд. 1.2). Так как в этом случае система электродов представляет для источника импульсов низкоомную нагрузку, то формирование на породоразрушающем инструменте импульсов напряжения с требуемыми параметрами представляет определенную техническую проблему /11/. [c.10]

Реализация отмеченного эффекта инверсии электрической прочности диэлектриков в применении к разрушению пород поясняется на щсЛЛб,в. Когда к электродам, установленным на поверхность твердого тела (горной породы), прикладывается импульс напряжения U(l) с параметрами, соответствующими левой части графика от точки равнопрочности, пробой в промежутке с вероятностью более чем 50% происходит внутри твердого тела, а не по кратчайшему пути по поверхности твердого тела. (Далее это явление мы будем называть как внедрение разряда в твердое тело.) Послепробивная стадия процесса характеризуется протеканием в канале разряда импульса тока I(t) и выделением энергии W(t). При этом если в канале разряда достаточно быстро будет выделено необходимое количество энергии, то воздействие канала разряда на твердое тело по внешним признакам будет аналогично микровзрыву в твердом теле с образованием откольной воронки и отрывом части материала от массива или крупного блока (рис. 1.1 б), с разрушением куска материала на отдельные фрагменты (рис. 1.1в). Среда, окружающая разрушаемый массив материала с токоподводящими электродами, выполняет в процессе роль агента, способствующего электрическому пробою твердого тела и обеспечивающего технологическую функцию удаления продукта разрушения из зоны [c.11]

Вследствие большой электрической прочности твердых диэлектриков ( пр= 15ч-50 кв1мм) возникает вероятность поверхностного перекрытия в воздухе (искровой разряд) испытываемого образца. Поэтому иногда приходится производить пробой [c.28]

Ка в виде пластинки бесконечно большой площади между такими же эле1Хгродами, Это дало возможность рас-ематривать только среднюю часть пластинки со строго однородным электрическим н тепловым полем и пренебречь краевыми условиями, искажающими поле. Очевидно, что в таком случае всю теплоотдачу от диэлектрика в окружающую среду надо считать через толщу диэлектрика на электроды, так как тепловое сопротивление на торцы будет бесконечно велико. Увеличение толщины диэлектрика должно вызывать теперь ухудшение условий охлаждения и в силу этого снижать электрическую прочность, что и наблюдается в действительности. Расчеты В. А. Фока показали, что в вышеуказанных условиях электротепловой пробой твердых диэлектриков теоретически вполне возможен. Согласно теории В. А. Фока, пробивное напряжение твердого диэлектрика при переменном токе определяется следующим уравнением [c.87]

Пробой твердых диэлектриков представляет собой еще более сложное явление, чем пробой жидкостей. В силу большого многообразия твердых диэлектр[1ков опытные закономерности по их пробою подчас противоречивы. Однако в настоящее время благодаря проведенной большой работе физиков, в том числе советских (большая заслуга в этом деле принадлежит школе академика А. Ф. Иоффе), осно-"вные явления пробоя твердых диэлектриков можно достаточно хорошо систематизировать. В твердых диэлектриках возможны три вида пробоя электротепловой, электрохимический и чисто электрический. На практике наибольшее значение имеют электротепловой и чисто электрический. Вид пробоя зависит в очень большой степени от условий пробоя меняя условия, можно по желанию получить электротепловой или чисто электрический пробой на одном и том же образце. [c.70]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...