Электротепловой пробой

Материал, помещенный в электрическое поле, нагревается из-за диэлектрических потерь, т.е. выделения тепла. Нагретое тело отдает тепло окружающей среде, и чем больше нагревается – тем больше отдается среде. В равновесном состоянии величины выделившейся теплоты потерь и отдаваемой среде должны быть равны.

Рассмотрим графики зависимостей мощностей выделяющейся и отводящейся теплоты от температуры диэлектрика рис.21. Мощность теплоотвода – это линейная зависимость. Теплота, которая отдается окружающей среде, пропорциональна температуре нагрева. Мощность тепловыделения – это нелинейная зависимость экспоненциального характера. Данные графики пересекаются в двух точках А и В. Эти точки особые, соответствующие состоянию теплового равновесия.

Если в первоначальном состоянии температура диэлектрика была комнатная, то мощность тепловыделения будет приводить к росту температуры диэлектрика. Соответственно мощность теплоотвода также будет возрастать. Когда эти мощности сравняются в точке А, температура больше не будет изменяться. Установится равновесие подводимой и отводимой теплоты. Если температура вдруг окажется выше t_A, то мощность теплоотвода будет превышать мощность тепловыделения, значит, температура будет снижаться, вплоть до точки равновесия А. Поэтому точка А соответствует устойчивому тепловому состоянию диэлектрика.

Вторая точка равновесия – точка В, однако это точка неустойчива. Выше этой точки мощность тепловыделения больше мощности теплоотвода. Соответственно, температура материала будет расти, и по мере её роста мощность тепловыделения будет все больше возрастать. Следовательно, материал будет нагреваться неограниченно, теоретически – до бесконечности, практически – до разрушения диэлектрика. Такой механизм пробоя называется электротепловым пробоем.