Между электродами возникает искра, которая затем переходит в дугу, если источник напряжения имеет достаточную мощность. При малых расстояниях между электродами прочность газа Е растет.
Минимальные напряжения пробоя: газов (Uп р = 280В), воздуха(Uп р = 300В).
При увеличении давления расстояние между молекулами становится меньше, длина свободного пробега электронов сокращается и электрическая прочность газа Е возрастает.
При падении давленияэлектрическая прочность Е уменьшается, а затем возрастает из-за сокращения числа молекул газа в единице объема.
При небольших частотах f значение U п р совпадает напряжением U п р для постоянного тока, а на высоких - напряжение U п р мало и доходит до минимума при f = 5∙106 Гц.
Затем напряжение U п р вновь возрастает до значений, превосходящих напряжение U п р при постоянном токе на 1,5раза. Уменьшение напряжения U п р с ростом частоты f объясняется искажением электрического поля, из-за образования объемных зарядов и различной подвижности (+) ионов и электронов.
Рисунок Зависимость отношения пробивных напряжений воздуха к частоте (а); диаграмма напряжений, ионизации газа в переменном поле (б)
Ионизация газа происходит если мгновенное значение напряжения U превосходит порог ионизации UИ (б). При напряжении U ниже порогового, ионизации нет, т.к. идет рассасывание объемного заряда, скорость которого зависит от скорости дрейфа ионов к катоду. Повышенное U ПР у тяжелых газов: элегаз (SF 6 ) и фреон (C Cl 2 F 2 ) - напряжение
U п р в 2,5 раза выше, чем у воздуха.
Пробой диэлектриков. Пробой жидких и твердых диэлектриков.
А. Пробой жидких диэлектриков.
Чистые ЖД получить трудно из-за примесей: воды, газа и механических частиц.
В чистых ЖД при высокой напряженности Е происходит вырывание электронов из электродов и разрушение молекулы при соударениях с заряженными частицами, как и пробой газа. Повышенная прочность ЖД по сравнению с газами обусловлена меньшей длиной свободного пробега электронов. Пробой ЖД (перегрев и вскипание в местах скопления примесей) приводит к образованию газового мостика между электродами.
Пробой ЖД при повышенных частотах обусловлен его разогревом за счет потерь, что приводит к термическому разрушению. Предельно допустимые напряженности поля для ЖД на больших частотах f оказываются ниже, чем на промышленной частоте.
Б. Пробой твердых диэлектриков (ТД).
У ТД три основных механизма пробоя: электрический, тепловой и электрохимический.
Вид пробоя зависит от характеристик электрического поля, времени воздействия напряжения, наличия дефектов, размеров материала и условий охлаждения.
Б1. Электрический пробой (ЭП) идет быстро и протекает за время 10 -7 с.
Пробой сопровождается разрушением ТД в узком канале.
ЭП по природе электронный процесс, когда из начальных электронов в создается электронная лавина. Развитие лавин идет с фотоионизацией (ускоряет образование проводящего канала). Ускоренные полем электроны передают энергию узлам кристаллической решетки и разогревают ТД вплоть до плавления. В разрядном канале возникает высокое давление, появляются трещины и изолятор разрушается.
ЭП возможен когда исключено:
• влияние электрической проводимости;
• диэлектрических потерь;
• ионизация газовых включений.
Для чистых ТД пробивные напряженности при ЭП мера их электрической прочности, что характерно для монокристаллов, окислов и органических полимеров.
Б2. Тепловой пробой (ТП) возникает, если количество тепловой энергии, превышает количество энергии, которое может рассеивать диэлектрик. В результате нарушается тепловое равновесие и процесс ТП приобретает лавинообразный характер.
Явление ТП сводится к разогреву ТД до температур расплавления и обугливания.
Величина U ПР зависит от нагревостойкости ТД. У органических ТД более низкие пробивные напряжения, чем у неорганических (кварц, керамика), при прочих равных условиях.
Разновидность ТП - ионизационный пробой (ИП). Характерен для пористых ТД (ионизация газа в порах). За счет потерь разогревается поверхность пор, возникают перепады температуры в объеме ТД, механические напряжения и разрушение диэлектрика.