Разделы

Авто
Бизнес
Болезни
Дом
Защита
Здоровье
Интернет
Компьютеры
Медицина
Науки
Обучение
Общество
Питание
Политика
Производство
Промышленность
Спорт
Техника
Экономика

Пробой диэлектриков

 

Явление образования проводящего канала в диэлектрике под действием электрического поля называется пробоем. Минимальное U, приводящее к пробою называется пробивным напряжением Uпр.

При пробое теряются изоляционные свойства. Предпробойное состояние характеризуется резким ростом тока, отступлением от закона Ома.

За Uпр принимают dI/dU=¥. Кроме природы материала на Uпр влияет также толщина диэлектрика h, форма электрического поля, конфигурация образца диэлектрика. То есть пробой - это свойства конкретного образца.

Для сравнения свойств различных материалов используют понятие электрической прочности. Это минимальное значение напряженности однородного электрического поля. Eпр=Uпр/h. При уменьшении h, Епр может увеличиться из-за трудностей в формировании разряда.

Пробой в твердом диэлектрике может его разрушить.

Пробой газов наступает как следствие развития процесса ударной ионизации (возбуждение атомов за счет столкновений при направленном движении). Основная роль в ионизации принадлежит электронам из-за их высокой подвижности. Возбуждая молекулы электрон может генерировать фотоны. Они в свою очередь вызывают внутреннюю фотонную ионизацию. В результате возникает проводящий канал – стример. Одновременно к катоду может возникать встречный лавинный поток положительно заряженных частиц (газоразрядная плазма). Если длительность воздействия U мала, то Uпр растет (может увеличиться в 1,5 раза) b = Uпр.имп/Uпр. Uпр.имп – коэффициент импульса. Длительность подготовки пробоя на длине равной 1см 10-7 – 10-8с. Епр для воздуха 3,2 МВ/м при р = 0,1 Мпа и l = 1см. При увеличении давления Епр будет более 3,2 МВ/м, а при снижении р Епр сначала несколько уменьшится, а затем в вакууме увеличиться до 102 МВ/м (пробой все равно будет иметь место за счет холодной эмиссии – вырывание электронов с поверхности катода). Сложна также зависимость Uпр от f (сначала Uпр падает с ростом f, а затем возрастает). Значение Uпр минимально при f = 5*106 Гц.

Электрическая прочность Епр зависит также от химического состава газа. Епр для инертных газов меньше Епр воздуха. У SF6 и фреона (CCl2F2) Uпр>Uпр воздуха в 2,5 раза

При неоднородном электрическом поле (два острия) – возникает сначала корона, далее искровой разряд и дуга.

Жидкости имеют более высокие Епр (примеси ее понижают). Пробой может быть следствием перегрева жидкости и ее вскипания в местах нахождения примесей. Повышение f понижает Uпр.

У твердых диэлектриков может быть три механизма пробоя: электрический, тепловой и электрохимический. Они могут быть в одном диэлектрике.

а) электрический пробой. Время развития 10-7 – 10-8с. Сопровождается разрушением диэлектрика в узком канале. Это чисто электронный процесс. Развитие электронной лавины сопровождается фотоионизацией. В канале температура увеличивается вплоть до Тпл, растет давление (возникают трещины). Епр окислов, хлорида натрия может быть больше 1000 МВ/м. Тонкие пленки имеют более высокую Епр, чем массивные образцы. Это свойство называется электрическим упрочением материалов. Оно используется при изоляции элементов микроэлектроники. Так эксплуатационные значения Е в тонких пленках могут достигать 108 В/м. Это значение примерно соответствует пробивным U для объемных образцов.

б) тепловой пробой. Возникает за счет высоких диэлектрических потерь и нарушения теплового равновесия. Сводится к разогреву материала до Тпл и более. Это характеристика не столько материала, а изделия из него (так как влияет Токруж, условия охлаждения, нагревостойкость вещества). Типичный признак теплового пробоя понижение Uпр с ростом Токр.ср, а также уменьшение Епр от времени. Разновидностью теплового пробоя является ионизационный пробой характерный для пористых диэлектриков.

в) электрохимический пробой. Имеет значение при повышенной Т и высокой влажности воздуха, наблюдается при необратимом падении сопротивления (электрохимическое старение). Может иметь место при высоких f из-за электрохимических процессов в порах (восстановление окислов и т.п.). Для его развития требуется длительное время. В материалах содержащих металлы переменной валентности Ti (TiO2 в керамике), встречаются чаще, чем в керамике из окислов Al, Si, Mg, Ba. Характерен для органических материалов.

Поверхностный пробой – пробой газа или жидкости вблизи поверхности твердого тела. Электрическая прочность твердого тела диэлектрика не нарушается, однако образование проводящего канала на поверхности снижает рабочее U изолятора. Зависит от температуры, влажности, давления среды, f. Может быть меньше Uпр для газа в тех же условиях. Для предотвращения поверхностного пробоя увеличивают длину пробивного пути за счет создания ребристой поверхности изоляторов (канавки, утопленные электроды), нанесение защитных изолированных пленок, замена воздуха жидким диэлектриком (трансформаторное масло).

 

Дата публикации:2014-01-23

Просмотров:405

Вернуться в оглавление:

Комментария пока нет...


Имя* (по-русски):
Почта* (e-mail):Не публикуется
Ответить (до 1000 символов):







 

2012-2018 lekcion.ru. За поставленную ссылку спасибо.