Билет № 14. Вопрос 1. Пробой твердых диэлектриков.

Билет № 14 Вопрос 1. Пробой твердых диэлектриков. Пробой твердого диэлектрика — это явление потери материалом электроизоляционных свойств при достижении напряженности электрического поля некоторого критического значения. В результате пробоя образуется проводящий канал, и диэлектрик разрушается. Различают три основных механизма пробоя твердых диэлектриков: 1. Электрический пробой. Происходит практически мгновенно (за время порядка \( 10^{-7} \) — \( 10^{-8} \) с) в очень сильных полях. Он обусловлен ударной ионизацией электронами. Электрическая прочность \( E_{пр} \) при этом очень высока и мало зависит от температуры. 2. Электротепловой (тепловой) пробой. Возникает, когда количество тепла, выделяемого в диэлектрике за счет диэлектрических потерь, превышает количество тепла, отводимого в окружающую среду. Условие теплового равновесия нарушается, происходит разогрев и расплавление или обугливание материала. Напряжение теплового пробоя \( U_{пр} \) зависит от частоты напряжения, температуры среды и условий охлаждения. 3. Электрохимический пробой. Происходит при длительном воздействии напряжения. Под действием поля и влаги в диэлектрике протекают медленные химические процессы (электролиз, окисление), которые приводят к необратимому ухудшению свойств и постепенному прорастанию проводящих каналов (дендритов). Вопрос 2. Электропроводность газов. В обычных условиях газы являются хорошими изоляторами, так как состоят из нейтральных атомов и молекул. Электропроводность газов обусловлена наличием в них свободных носителей заряда — ионов и электронов. Процесс образования ионов называется ионизацией. Различают два вида электропроводности газов: 1. Несамостоятельная проводимость. Возникает под действием внешних ионизаторов (ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи, радиоактивное излучение, нагрев). Если действие ионизатора прекратить, ток в газе исчезнет. Плотность тока \( j \) при малых напряжениях подчиняется закону Ома: \[ j = q \cdot n \cdot (b_{+} + b_{-}) \cdot E \] где \( q \) — заряд иона, \( n \) — концентрация ионов, \( b \) — подвижность ионов, \( E \) — напряженность поля. При увеличении напряжения ток достигает значения тока насыщения. 2. Самостоятельная проводимость. Возникает при высоких значениях напряженности поля, когда носители заряда приобретают энергию, достаточную для ударной ионизации нейтральных молекул. В этом случае разряд поддерживается сам за счет процессов в газе и на электродах. Виды самостоятельного разряда в газах: — Тлеющий разряд (при низком давлении); — Искровой разряд (прерывистый, при высоком давлении); — Дуговой разряд (высокая плотность тока, термоэлектронная эмиссия); — Коронный разряд (в резконеоднородных полях у электродов с малым радиусом кривизны).