1.2.2.1. Вплив умов експлуатації на електричну міцність твердих діелектриків. Вплив часу додатка напруги

Залежність пробивної напруги від часу називається вольт-секундною характеристикою. Узагальнення вольт-секундної характеристики твердих діелектриків наведена на рис. 1.30. Якщо час додатка напруги не перевищує долей секунди (області А і В), те пробій носить чисто електричний характер. Теплові процеси, у силу своєї інерції, не встигають розвитися настільки істотно, щоб вплинути на U_пр.

Область С характеризується різким спадом пробивної напруги, що, безсумнівно, говорить про переважну роль теплових процесів при пробої. Область Д - найбільш низька, квазіустановлювача (дуже повільно спадаюча в часі) пробивна напруга, обумовлена повільними процесами деградації (старіння) твердого діелектрика.

Різке зростання пробивної напруги в області А пов'язане із запізнюванням розвитку каналу пробою. Швидкість розвитку розрядних каналів у твердому діелектрику залежить від коефіцієнта перенапруги і становить 0,1…10⁶см/с. Отже, час виникнення різкого зростання пробивної напруги буде залежати від товщини твердого діелектрика.

Залежність пробивної напруги від часу додатка напруги, що відповідає електричній формі пробою, називається вольт-секундною характеристикою (ВСХ) (на рис. 1.30 це часовий інтервал t_пр < 10^–1 с), а при t більше 10^–1 – вольт-тимчасовий.

Вплив товщини діелектрика і полярності електродів

Електрична міцність діелектрика при незмінних геометричних параметрах електродів збільшується зі зменшенням товщини діелектрика. На рис. 1.31 наведена залежність електричної міцності Е_кр непросоченого конденсаторного паперу від товщини на змінній напрузі 50 Гц.

Спостерігається різке зростання Е_пр при товщинах 20 мкм і менше. Цей ефект був відкритий А.Ф. Іоффе в 1928 році. Тонкі

шари діелектрика використовується в ізоляції конденсаторів, міжвиткової або міжшарової ізоляції трансформаторів, паперово-масляної і плівково-масляної ізоляції кабелів, вводів.

Збільшення пробивної напруги з ростом товщини ізоляції відбувається з насиченням як для органічної, так і неорганічної ізоляції (рис. 1.32). Характер цих залежностей аналогічний Е_пр газів і рідин: зниження електричної міцності Е_пр діелектриків зі збільшенням товщини в широкому діапазоні зміни товщин.

Ефект полярності також властивий твердим діелектрикам. Як видно з рис. 1.32, зміна полярності електрода-вістря приводить до зміни електричної міцності діелектрика при одній і тій же його товщині. Пробивна напруга при негативній полярності електрода-вістря вища, ніж при позитивній. Ця різниця зростає зі збільшенням діелектричної проникності ɛ (на рис. 1.32 для оргскла ( ɛ = 3,5; для кам'яної солі ( ɛ = 5,6). У полярних діелектриках, так само як і у рідинах, цей ефект більший, ніж у неполярних.

Вплив температури

Пробій твердих діелектриків залежно від температури усередині діелектрика має досить складний характер і може бути розділений на дві області щодо деякої критичної температури Т_кр. Наявність двох областей характерно як для органічних, так і неорганічних діелектриків. На рис. 1.33 наведені подібні залежності для поліетилена (крива 1) і порцеляни (крива 2). В області низьких температур прибивна напруга практично не залежить від температури.

Починаючи з певної критичної температури (для поліетилена Ткр » +30ºС, для порцеляни Ткр » +60 ºС), відбувається різке і значне зниження електричної міцності. Залежності на рис. 23 характерні для багатьох діелектриків. Отже, для того самого діелектрика спостерігається дві температурні області: область теплового пробою - високі температури і область електричного пробою - низькі температури. Границя цих областей навіть для того самого матеріалу досить умовна, оскільки вона залежить від умов роботи (охолодження, вид напруги, форма імпульсу, частота). При поганому охолодженні ізоляції або при високій температурі навколишнього середовища ця границя зміщається убік низьких температур.