ПРОБОЙ ДИЭЛЕКТРИКОВтеплового пробоя является зависимость пробивных напряжений от температуры окружающей среды и от длительности действия напряжения. Чем выше температура и чем длительнее приложено напряжение, тем меньше величина пробивных напряжений.
Электрический пробой. Для большинства электроизолирующих материалов, применяемых на практике, — слюда, фарфор, бумага — характерен другой тип пробоя — пробой электрический. В этом случае пробивное напряжение в широком интервале температур не зависит от условий теплоотвода, и пробой в этих диэлектриках не может быть сведен к тепловым процессам. Пробивные напряжения безразличны к температуре окружающей среды, но становятся весьма чувствительными к изменениям формы электродов, подводящих напряжение. Для образца данной толщины пробивные напряжения могут сильно различаться в зависимости от формы электродов. Наибольшие пробивные напряжения для данного образца из однородного материала можно получить в том случае, когда электрическое поле однородно и, следовательно, когда диэлектрик по всей толщине подвергается одинаковым воздействиям электрич. сил. Пробивные напряжения, измеряемые в однородных электрич. полях, не зависят от длительности действия напряжения и от среды, в к-рой находится диэлектрик и электроды. Отношение пробивных напряжений к толщине диэлектрика может служить мерой электрйч. прочности материала. Как показывают измерения, так определяемая электрич. прочность может служить характеристической константой электроизолирующего материала и не зависит от толщины образцов, на к-рых производятся измерения. Напряженность поля, при к-рой наступает электрич. пробой, называют пробивной напряженность ю — Епр, — Un^ ~ ~Т 9 где Unp, — пробивное напряжение в однородном поле, d — толщина диэлектрика. Пробивная напряженность поля в фарфоре — порядка 200—300 kV/cjn, в стекле — ок. 2.000 kV/см, в слюде — ок. 7.000 кУ/см. [[БСЭ-1 Том 47. Признаки делимости - Равенстон (1940).pdf/Экспериментально эти величины были определены на небольших толщинах при напряжениях в несколько десятков киловольт|Экспериментально эти величины были определены на небольших толщинах при напряжениях в несколько десятков киловольт]].
Объяснение электрического пробоя следующее. Под действием сильных электрич. полей в диэлектрике нарушаются связи электронов.
Электроны приобретают способность свободно двигаться в диэлектрике и при столкновении с атомами освобождать новые электроны. Электронный ток ничтожно мал до нек-рого значения напряженности поля, а выше него резко возрастает. Критическое значение поля, при к-ром начинается резкий рост электронной проводимости, отождествляют с пробивным.
Если напряженность электрич. поля в разных местах одного диэлектрика различна, то пробивные напряжения меньше, чем в однородном поле. При не очень больших искажениях электрич. поля пробой наступает тогда, когда в месте наибольшей напряженности поля величина ее доходит до пробивного значения.
По мере увеличения степени неоднородности электрич. поля пробивные напряжения становятся все меньше, пока не доходят до нек-рого характерного для данного образца значения, Р
в. с. э. т. XLVII.мало изменяющегося при дальнейшем искажении электрич. поля. Во многих случаях при электрическом пробое пробивные напряжения зависят от среды, окружающей диэлектрик.
В этих случаях пробой происходит у краев электродов. Возникновение разрядов у электрода в окружающей среде и, следовательно, величина пробивного напряжения определяются не только свойствами диэлектрика, но и диэлектрич. свойствами окружающей среды.
Химический пробой. При химической форме пробоя за счет электрич. энергии в диэлектрике совершаются химич. изменения. Так, напр., выделяющиеся вследствие электролиза вещества образуют при высоких температурах древовидные нити, проникающие через всю толщу диэлектрика и соединяющие электроды проводящим мостом. К химической форме пробоя относятся и те случаи, когда возникающие у поверхности диэлектрика или в посторонних включениях внутри него электрические разряды вызывают образование веществ, химически действующих на диэлектрик разрушающим образом (озон, окислы азота). Процессы эти называют старением — необратимой порчей диэлектрика в электрич. поле ’ с течением времени. Химические пробивные процессы идут тем интенсивнее, чем выше температура и чем длительнее действие напряжения. — В одном и том же диэлектрике при разных внешних условиях имеют место разные формы пробоя.
В основе пробоя в каждом данном случае лежит та форма П. д., к-рая наступает при наименьшем напряжении. Начавшись в одной форме, процесс пробоя может переходить в другую в зависимости от изменений, происходящих в диэлектрике в самом процессе пробоя.
Общие закономерности теплового, электрического и химич. пробоя в наиболее ясной форме проявляются в твердых однородных диэлектриках. В жидких диэлектриках сильно сказывается влияние всяких примесей, в особенности воды и газа. По мере очистки жидкого диэлектрика пробивные напряжения в нем увеличиваются в несколько раз. В тщательно обезгаженных и очищенных жидких диэлектриках наиболее вероятной формой пробоя является электрическая. В газообразных диэлектриках, как, напр., в воздухе, от малых давлений до давлений порядка нескольких десятков, атмосфер пробой происходит вследствие ионизации молекул газа при столкновениях с электронами, т. е. имеет место электрич. пробой (см. Разряды в газах). Для данного газа пробивные напряжения тем больше, чем больше расстояние между электродами и плотность газа. Это перестает быть справедливым при малых давлениях газа р и малых расстояниях между электродами d, точнее — при малой величине произведения pd. При малых pd число столкновений электронов с молекулами становится малым, и электроны могут проходить все расстояние между электродами при очень небольшом числе ионизаций. Образование электронной лавины в этих условиях весьма затруднено. Для того чтобы увеличить эффективность столкновений и вызвать появление разряда, необходимо при дальнейшем уменьшении плотности газа увеличивать приложенное к электродам напряжение. При больших разрежениях, порядка 10—6мм ртутного столба, можно достигнуть в газе пробивных напряжений ок. 100 kV при расстоянии между электродами в 1, мм. Этому соответствует поле ок. 1.000 кУ/см. Пробой газа вы3
