Теория теплового пробоя

Пробой жидких диэлектриков.

Пробой жидких диэлектриков представляет собой более сложное явление, чем пробой газов. Жидкие, хорошо очищенные диэлектрики имеют при нормальных условиях электрическую прочность примерно на порядок выше, чем воздух. На величину Епр жидких диэлектриков существенно влияет примесь нерастворенная, ε которой отличается от ε диэлектрика. Проведенные исследования показывают, что на механизм пробоя жидких диэлектриков, кроме электронных процессов, существенное влияние оказывают также и тепловые процессы.

В настоящее время существует несколько теорий, объясняющих механизм пробоя жидких диэлектриков. Однако ни одна из них не раскрывает в полном объеме механизм этого процесса. Поэтому Епр (Unp) жидких диэлектриков определяют только экспериментальным путем. Из всех известных теорий кратко рассмотрим две теории — теплового и электрического пробоев.

Тепловая теория объясняет механизм пробоя в жидких диэлектриках следующим образом. Нерастворенная примесь — коллоидные частицы, капельки воды, твердые частицы (волоконца бумаги, ткани, шлам и др.) — всегда присутствует в технически чистом жидком диэлектрике и обычно равномерно распределена в его объеме. Под действием приложенного электрического поля частицы этой примеси сравнительно быстро перераспределяются в объеме диэлектрика и скапливаются в местах с наиболее высокой напряженностью поля, образуя цепочки, соединяющие между собой электроды. Эти цепочки из-за разных величин диэлектрической проницаемости жидкого диэлектрика (у нефтяного масла ε ≈ 2,2) и примеси (у воды ε ≈ 81) увеличивают неоднородность поля и приводят к снижению электрической прочности диэлектрика. Опыты показывают, что время образования таких цепочек мало и составляет примерно одну секунду. Образовавшиеся цепочки имеют высокую электропроводность, а значит, по ним пойдет ток сравнительно большой плотности, под действием которого они мгновенно нагреются до высокой температуры и перейдут в газообразное состояние. По образовавшимся газовым микроканалам и произойдет пробой аналогично пробою газа. В образовании газовых микроканалов также участвуют растворенные в жидкости воздух и ее собственные пары. При перемешивании жидкого диэлектрика имеющиеся в нем цепочки из нерастворенной примеси, соединяющие электроды, начнут разрушаться, а их образование станет затрудненным. Если при этом время приложения напряжения будет меньше времени, необходимого для образования цепочек, то электрическая прочность диэлектрика возрастет. Поэтому Епр жидких диэлектриков при перемешивании всегда выше. Этот экспериментальный факт — наглядное подтверждение решающего влияния нерастворенной полярной и полупроводящей примеси на электрическую прочность жидких диэлектриков.