Електрична міцність діелектрика

Електрична міцність діелектрика є однією з основних характеристик ізолюючих матеріалів. Напруженість електричного поля, при якій електроізолюючими матеріал може нормально працювати, не повинна перевищувати деякого цілком певного значення. При деякому значенні напруженості відбувається порушення процесу роботи діелектрика, матеріал його пронизує іскрою, що переходить в дугу. Діелектрик втрачає при цьому свої ізолюючі властивості, опір його різко зменшується, і струмопровідні частини, розділені раніше ізолюючим проміжком, замикається накоротко. Настає пробою діелектрика.

Напруга, при якому відбувається пробій, називається пробивним напругою Uпр. відповідне значення напруженості поля - пробивний напруженістю Eпр або пробивний міцністю (електричної міцністю):

де h - товщина діелектрика.

Абсолютно ясно, що електроізоляційний матеріал в умовах експлуатації не повинен працювати при напрузі, що можуть викликати пробою діелектрика.

Розрізняють два види пробою твердого діелектрика: електричний пробій і тепловий пробій. Електричний пробій пояснюється руйнуванням структури речовини під дією сил електричного поля. У слабкому електричному полі електричні заряди пружно зміщуються, викликаючи поляризацію діелектрика. Якщо ж напруженість поля досягає величини пробивної напруженості, відбувається зрив заряджених частинок з початкових положень, що призводить до пробою.

Розглянемо явище теплового пробою.

Як відомо, при роботі діелектрика в змінному електричному полі виділяється тепло за рахунок електричних втрат. При негативному температурному коефіцієнті опору нагрів матеріалу буде супроводжуватися зменшенням опору діелектрика. Це призведе до збільшення струму, що проходить крізь діелектрик, і ще більш сильного нагрівання матеріалу. Таким чином, процес нагрівання весь час посилюється до тих пір, поки матеріал не нагріється настільки, що буде зруйнований (розплавлений, обвуглений тощо).

Пробій газоподібних діелектриків (повітря) викликаний освітою і рухом іонів в газоподібному середовищі при високих значеннях напруженості електричного поля. В деякий момент швидкий рух іонів в газоподібному середовищі призводить їх до зіткнення з нейтральними молекулами газу і утворення нових іонів. Це явище супроводжується різким збільшенням числа іонів в газі, внаслідок чого опір газу зменшується (ударна іонізація). Настає пробою газоподібного діелектрика.

В однорідному електричному полі (між двома вістрями, вістрям і площиною, проводами високовольтних ліній тощо), в місцях, де напруженість поля досягає критичних значень, виникає тихий розряд, що супроводжується дзижчанням або потріскуванням з утворенням фіолетового світіння (явище корони). Зі збільшенням напруги тихий розряд може перейти в іскровий, потім в кистьовий і, нарешті, в дугового розряд (якщо потужність джерела напруги велика). Пробій повітря біля поверхні твердого діелектрика називається поверхневим розрядом (перекриттям). Для збільшення поверхні ізоляційних деталей її роблять хвилястою.

На пробивну міцність рідких діелектриків в сильному ступені впливають волога, гази, механічні та хімічні домішки. Пробій рідких діелектриків виникне в результаті перегріву рідини і руйнування її молекул.

Малюнок 1. Осередок для вимірювання напруги пробою Uпр рідких матеріалів
1 - посудина; 2 - електроди

У таблиці 1 представлені дані електричної міцності деяких ізоляційних матеріалів.

Електрична міцність матеріалів

Електрична міцність, кВ / см

Папір кабельний суха
Папір, просочений маслом
повітря
масло трансформаторне
міканіт
мармур
парафін
електрокартон сухий
Електрокартон, просочений маслом
Слюда мусковітом
Слюда флогопит
Скло
Фібра
Фарфор
шифер
ебоніт

Джерело: Кузнецов М. І. "Основи електротехніки" - 9-е видання, виправлене - Київ: Вища школа, 1964 - 560 с.