Тепловой пробой.

Развитие теплового пробоя в твердом диэлектрике в общих чертах может быть представлено в виде следующей последовательности:

Uд →Iд→Tд ↑ → γ↑и tg δ ↑ →Iд ↑ →Tд ↑и т. д.,

где Uд – напряжение, приложенное к изоляции; Iд – ток, текущий через изоляцию; Tд – температура изоляции; γ – проводимость изоляции; tg δ – диэлектрические потери в изоляции.

Под действием приложенного напряжения в изоляции возникают диэлектрические потери, обусловленные нали­чием у любой реальной изоляции небольшой проводимости и рассеянием энергии при некоторых видах поляризации. За счет диэлектрических потерь происходит дополнитель­ный разогрев изоляции.

Мощность диэлектрических потерь в изоляции определя­ется выражением Р_Д =ω C tgδ U²,

Мощность потока тепла, отводимого от изоляции в окружающую среду Р_ОТВ =  S(T–T₀),

где ω – угловая частота; С – емкость изделии; tg δ – диэлектрические потери в изоляции;  – коэффициент теплопередачи; S – площадь поверхности изоляции;Т₀ – температура окружающей среды; Т – температура внутри диэлектрика.

Для многих видов внутренней изоляции величина tgб растет при повышении температуры Т в соответствии с выражением ,

где  — коэффициент, зависящий от свойств изоляции {а0,02 1/^ОС); Т₀ — температура окружающей среды.

Таким образом, мощность диэлектрических потерь в изоляции при заданном напряжении зависит от темпера­туры Т.

Зависимости P_Д=f(T), соответствующие трем значе­ниям воздействующего на изоляцию напряжения U₁< U₂ < U₃ и зависимость Р_ОТВ =f(Т) показаны на рис.. Как видно, при напряжениях U₁ и U₂ кривые P_Д=f(T) и Р_ОТВ =f(Т) пересекаются при температурах Т₁ и T₂. Это означает, что при указанных напряжениях достигаются установившиеся режимы нагрева изоляции, при которых соблюдается баланс выделяемой в изоляции и отводимой от нее тепловой энергии. Однако при U>U₃ мощность по­терь в изоляции при любой температуре будет превышать мощность отвода тепла. Следовательно, при U>U₃ прои­зойдет нарушение теплового баланса изоляции, темпера­тура последней будет неограниченно расти до потери изо­ляцией диэлектрических свойств — произойдет тепловой пробой.

Изложенная выше упрощенная модель теплового про­боя относится к случаю, когда время приложения напря­жения  значительно превышает постоянную времени на­грева изоляции _н и, следовательно, могут достигаться ус­тановившиеся режимы нагрева конструкции. Однако теп­ловой пробой возможен и при , соизмеримых с _н, и даже при <_H. В этих случаях механизм теплового пробоя сложнее, но сущность его остается прежней — разогрев изо­ляции за счет диэлектрических потерь до температуры, при которой происходит разрушение изоляции. В этой об­ласти времен  напряжение Uпр теплового пробоя возра­стает при уменьшении , так как для разогрева изоляции до одной и той же температуры разрушения за более ко­роткое время нужна большая мощность диэлектрических потерь.

Сущность теплового пробоя – разогрев изоляции за счёт диэлектрических потерь до температуры, при которой происходит разрушение изоляции.