Кто поможет разобраться с механизмом диэлектриков (см внутри)?
- Какие механизмы пробоя твердых диэлектриков вам известны? каковы условия проявления каждого из них? почему значение пробивного напряжения не характеризует электрическую прочность диэлектрика?
- Почему электрическая прочность твердых диэлектриков больше, чем жидких, а жидких больше, чем газообразных?
- Электрическая прочность непропитанной конденсаторной бумаги и конденсаторного масла соответственно равна 35 и 20 кВ/мм. После пропитки бумаги конденсаторным маслом ее электрическая прочность возрастает до 50 кВ/мм. Почему электрическая прочность пропитанной бумаги больше, чем электрические прочности непропитанной бумаги и пропитанного диэлектрика?
- Почему ударная ионизация молекул газа в сильном электрическом поле производится главным образом электронами, а не ионами?
- как влияет давление газа на его электрическую прочность и ионизационные потери?
- почему более толстые слои диэлектриков как правило имеют меньшую электрическую прочность?
1
HITRIY
Ответы (1):
Share
4
- Лавинный пробой, при котором происходит ионизация молекул диэлектрика ускоренными в поле носителями заряда, возникшие при этом носители заряда также ускоряются и совершают новые акты ионизации, что приводит к лавинообразному нарастанию количества носителей заряда и резкому возрастанию тока в цепи. Тепловой пробой, начинающийся обычно вслед за лавинным: вследствие протекания тока происходит нагрев диэлектрика с ростом проводимости и ростом тока, что является причиной усиления нагрева, который лавинообразно нарастает, пока не происходит разрушение (плавление, испарение, растрескивание, обугливание) изолятора с потерей его изоляционных свойств. Электрохимический пробой, обусловленный ионной проводимостью с протеканием электрохимических реакций, приводящих к образованию проводящих соединений внутри изолятора. Обычно также переходит в тепловой. В очень тонких слоях диэлектрика (подзатворный диэлектрик МОП-транзисторов и т.д.) возможно развитие туннельного пробоя, обусловленного квантовомеханическим туннельным эффектом. Лавинный пробой теоретически обратим, но чтобы он проявился изолированно, не перейдя в тепловой, в твердом или жидком диэлектрике должна выделяться очень малая энергия. Условием этого является ограничение тока и малая емкость цепи. Тепловой пробой, как правило, приводит к разрушению твердого диэлектрика с потерей его изоляционных свойств вследствие образования пустотелых каналов (из-за испарения), цепочек парогазовых пузырьков, металлизации или обугливания (для органических диэлектриков), условием его развития является выделение достаточной энергии в результате пробоя. Тепловой пробой может возникать без развития лавинного пробоя при нагреве диэлектрика в переменном электрическом поле. Электрохимический пробой возникает в диэлектриках с ионной проводимостью; он может возникать и при низких напряженностях поля при длительном протекании незначительного ионного тока, в результате постепенного накопления проводящих продуктов электролиза. Электрическую прочность характеризует критическая напряженность поля, при которой начинается пробой в течение заданного времени. Напряженность поля зависит помимо напряжения от расстояния между электродами, диэлектрической проницаемости, их геометрии, однородности диэлектрика.
- В ряду газ-жидкость-твердое тело падает подвижность атомов -- как нейтральных, так и ионов. Помимо этого, носитель заряда в газе способен без столкновения пролететь большее расстояние и набрать большую скорость и энергию. Оба этих фактора приводят к росту электропрочности в этом ряду.
- Электрическая прочность воздуха гораздо (на порядок) меньше прочности масла и бумаги. Поэтому при испытании на пробой сухой бумаги разряд начнется не в бумаге, а в воздухе, и уже горячий канал разряда прожжет бумагу, вызывая окончательное перекрытие разрядного промежутка. Поэтому заполнение воздушных полостей диэлектрика маслом вызывает повышение электрической прочности. Двухфазная структура пропитанной бумаги мешает частичным пробоям развиваться на всю толщину разрядного промежутка, а более высокая диэлектрическая проницаемость целлюлозы снижает напряженность поля в диэлектрике, что приводит к тому, что электрическая прочность пропитанной бумаги выше, чем у масла.
- Подвижность электронов в конденсированных диэлектриках гораздо выше подвижности ионов, для перемещения которых необходим разрыв межатомных или межмолекулярных связей, из-за этого ионная проводимость имеет высокую энергию активации. Энергия активации электронной проводимости равна первому потенциалу ионизации наиболее легкоионизируемого атома, что обычно в несколько раз ниже. В газах основную роль играет разница масс электрона и иона.
- Со снижением давления сначала электрическая прочность газа падает, что является следствием увеличения длины свободного пробега, что позволяет электрону до столкновения набрать более высокую энергию при данной напряженности поля. Но после того, как длина свободного пробега становится сравнимой с межэлектродным промежутком, падение электрической прочности прекращается и в дальнейшем она быстро растет, так как падает вероятность столкновения электрона с молекулой газа.
- В более тонких слоях диэлектрика меньшую роль играют неоднородность поля в его толще, объемные заряды, а также уменьшается длина пробега электрона, что уменьшает вероятность ударной ионизации.