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 U_пр от влияния различных факторов. Пусть

Q₁ = U ² ω C tgδ, (54)

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), (55)

где σ - суммарный коэффициент теплоотвода от диэлектрика в окружающую среду, S - площадь электрода.

Рис. 19

 

Из графического представления зависимости Q₁ и Q₂ от температуры (рис. 19) 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 = U_пр. Из условия теплового равновесия

U_пр =2σ S (Tкр-To)/(2π f C tgδo) • exp[-a(Tкр-To)/2], (56)

где T_кр соответствует температуры T₂ и T₃.

Тепловой пробой обычно происходит в течение 10 ^-2 -10 ^-3 с, а E_пр около 10 МВ/м.

Пробой диэлектрика при тепловом пробое происходит там, где хуже всего теплоотдача. E_пр при тепловом пробое уменьшается: при увеличении температуры, времени выдержки образца под напряжением; при увеличении толщины диэлектрика из-за ухудшения теплоотвода от внутренних слоев (U_пр )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.