Пробивное напряжение и электрическая прочность

Минимальное напряжение U_пр, приложенное к диэлектрику, и приводящее к образованию в нем проводящего канала, называется пробивным напряжением.

В зависимости от того, замыкает ли канал оба электрода, пробой может быть полным, неполным или частичным. У твердых диэлектриков возможен также поверхностный пробой, после которого повреждается поверхность материала, образуя на органических диэлектриках науглероженный след-трекинг.

Отношение импульсного пробивного напряжения к его статическому значению больше единицы и называется коэффициентом импульса.

Зависимость пробивного напряжения от времени приложения напряжения называют кривой жизни электрической изоляции.

Снижение U_пр от времени происходит из-за электрического старения изоляции - необратимых процессов под действием тепла и электрического поля.

Электрической прочностью называют напряженность электрического поля при пробое изоляции в однородном электрическом поле,

E_пр = U_пр / d, где

E_пр, В/м;
U_пр - пробивное напряжение, В;
d - толщина диэлектрика, м.

Кроме В/м электрическую прочность часто выражают в мВ/м или кВ/мм. Соотношение между этими единицами таково:

1 МВ/м=10⁶ В/м=1 кВ/мм.

Определение электрической прочности

Для оценки электрической прочности Епр необходимо, чтобы пробой производился в однородном электрическом поле. В этом случае пробивное напряжение Uпр будет пропорционально Епр. Однородное поле можно создать между двумя электродами, представляющими собой тела вращения определенной формы. Для получения поля, близкого к однородному, можно воспользоваться цилиндрическими электродами, при этом диаметр нижнего электрода D1 должен быть больше диаметра верхнего D электрода не менее чем в 3 раза.

 

Близкое к однородному поле можно получить на электродах в виде дисков с закругленными краями или в виде шаров при малом расстоянии между ними. При использовании листовых образцов и плоских электродов однородное поле получается лишь в средней части образца между электродами, у краев поле искажается.

Для определения Епр твердых изоляционных материалов применяют образцы с одной или двумя лунками или с лункой и выточкой. Электроды получают путем осаждения серебра, золота, платины, меди или алюминия различными методами, например, распылением в вакууме или вжиганием. Могут быть получены графитовые электроды из суспензии графита в лаке.

Для жидких диэлектриков используют электроды в форме дисков с закругленными краями или электроды в виде сферического купола.

Испытательная установка содержит устройство для плавного регулирования напряжения, испытательный трансформатор для повышения напряжения и ряд других элементов. В момент пробоя в образце протекает ток короткого замыкания, вызывающий значительную перегрузку трансформатора, поэтому в цепь высоковольтного напряжения включается нагрузочное сопротивление R. В цепи низкого напряжения предусматривается автоматическое отключение питания после пробоя. На рисунке показана принципиальная схема измерения U_пр при переменном напряжении.

Для измерения на постоянном токе в цепь высокого напряжения включают дополнительно выпрямительное устройство. Параллельно образцу включается конденсатор для сглаживания пульсаций напряжения.