Электрохимический пробой твердых диэлектриков.

Электрохимический пробой возникает в результате электрического старения диэлектрика под воздействием окружающей среды и электрического поля. Воздействие внешних факторов приводит к протеканию в диэлектрике необратимых химических процессов, в результате физико-химические характеристики материала ухудшаются и его электрическая прочность снижается.

Различают естественное и электрическое старение твердых диэлектриков. Естественное старение происходит не только при использовании диэлектрического материала, но и при его хранении и обусловлено воздействием воздуха, солнечных лучей и других факторов окружающей среды. Электрическое старение происходит под действием приложенного напряжения преимущественно в порах, заполненных воздухом или влагой [6, с. 136].

Скорость электрического старения и механизмы химических процессов зависят от внешних условий и материала диэлектрика. Экспериментально доказано, что основной причиной старения органической изоляции, к которой можно отнести бумажную составляющую электроизоляционной системы энергетического оборудования, в сильном электрическом поле являются частичные разряды, протекающие в газовых порах [3, с. 188]. Процессы, приводящие к электрическому старению диэлектрика, достаточно разнообразны [3, с. 189] и представлены на рис 4.

Рис. 4. Основные механизмы электрохимических процессов

В твердых диэлектриках, в том числе в бумажно-масляной изоляции, имеются различные дефекты — трещины, поры и другие инородные включения. Включения, заполненные жидким или газообразным диэлектриком (маслом или воздухом), имеют более низкую электрическую прочность [5]. Поэтому при приложении напряжения большего, чем , во включениях начинают протекать частичные разряды, при этом ионы и электроны бомбардируют стенки газовых пор, что приводит к электрической эрозии и разрушению стенок [2, с. 41–49; 6, с. 136]. В результате объем пор увеличивается преимущественно вдоль силовых линий поля с образованием дендритов, эффективная толщина изоляции уменьшается и пробой наступает при более низкой напряженности электрического поля.

Вывод. Неоднородности в структуре твердого диэлектрика оказывают существенное влияние на механизмы пробоя, значительно искажая внешнее электрическое поле. Локальное увеличение напряженности электрического поля во включениях, а также электрическое старение и эрозия уменьшают эффективную толщину и электрическую прочность диэлектрика. Поэтому, рассчитывая предельные значения прикладываемого напряжения, необходимо учитывать возможность наличия дефектов и их влияние на электрические свойства материала.

На сегодняшний день в физике диэлектриков наиболее изученным является механизм теплового пробоя, для которого академиком В. А. Фоком разработана строгая теория, согласующаяся с экспериментом. Механизмы электрического пробоя не имеют столь однозначной теории и рассматриваются с точки зрения двух различных подходов. Первый подход в качестве основного механизма электрического пробоя выделяет ударную ионизацию электронами и представлен работами Г. А. Воробьева, А. Хиппеля, Г. Фрелиха, В. Франца. Второй подход рассматривает электрический пробой как результат перегревной тепловой неустойчивости и процессов электронной детонации под действием сильного электрического поля и разрабатывается научной школой Ю. Н. Вершинина. Теория электрохимического пробоя основывается на механизмах электрического старения диэлектрических материалов, которые достаточно хорошо изучены.

Дата добавления: 2015-07-14