7. Электрический пробой газов. Ударная, фотонная, термическая ионизации.

Пробой газообразных диэлектриков обусловлен явлениями ударной и фотонной ионизациями.

Воздух является изоляционной средой для различной электронной аппаратуры. В случае сильных электрических полей физические процессы в воздухе происходят при нормальном атмосферном давлении. Однако в радиоэлектронике приходится иметь дело с пробоем при значительном разрежении и повышенном давлении.

Механизм пробоя. Небольшое количество содержащихся в газе положительных и отрицательных ионов и электронов находящихся, как и нейтральные молекулы газа, в беспорядочном тепловом движении, при воздействии поля получают некоторую добавочную скорость и начинают в зависимости от знака заряда перемещаться в направлении поля или против. При этом заряженная частица приобретает дополнительную энергию: , где q – заряд; U_i – разность потенциалов на длине свободного пробега.

Пробой газа в однородном поле. Однородное поле реализуется между плоскими электродами с закругленными краями, а также между сферами, если расстояние между ними не более их диаметра. В таком поле длительность подготовки пробоя газа (для промежутка ) составляет при достижении напряжением строго определенного значения, зависящего от температуры и давления газа. Между электродами внезапно возникает искра, которая затем переходит в дугу, если источник напряжения имеет достаточную мощность.

Зависимость электрической прочности воздуха (амплитудные значения) от расстояния между электродами При малых расстояниях между электродами электрическая прочность значительно увеличивается, что объясняется трудностью формирования разряда.

Пробой газа при неоднородном поле. Пробой газа в неоднородном и однородном полях заметно различается. Неоднородное поле возникает между двумя остриями, острием и плоскостью, проводами, между сферическими поверхностями при расстоянии между ними, превышающем радиус сферы и т. д.

Особенностью пробоя газа в неоднородном поле является возникновение частичного разряда в виде короны в местах, где напряженность поля достигает критических значений, с дальнейшим переходом короны в искровой разряд и дугу при возрастании напряжения.

В случае несимметричных электродов игла – плоскость и положительной полярности на игле пробой происходит при меньшем напряжении, чем при обратной полярности (см.рис. а). Это объясняется следующим образом. Ионизация газа при любой полярности на электродах происходит в районе иглы, где существуют наибольшие напряженности электрического поля. В результате ионизации образуются электроны и ионы, причем электроны быстро нейтрализуются на аноде, а вблизи иглы остаются малоподвижные положительно заряженные ионы. «Облако» объемного заряда изменяет первоначальное распределение потенциала. При положительной полярности на игле (см. рис. б) объемный заряд ослабляет напряженность поля вблизи иглы и, наоборот, усиливает ее в неионизированной области. Создаются благоприятные условия для дальнейшей ионизации газа, т. е. дальнейшего прорастания объемного заряда в направлении к катоду. В рассматриваемом случае объемный заряд фактически является продолжением иглы и сокращает эффективную длину разрядного промежутка.

8. Электрический пробой жидких диэлектриков.

Пробой жидких диэлектриков обусловлен ионизационными и тепловым и процессами. Жидкие диэлектрики отличаются более высокими значениями электрической прочности, чем газы в нормальных условиях.

Предельно чистые жидкости получить очень трудно. Постоянными примесями в жидкости являются вода, газы и мельчайшие механические частицы. Наличие примесей значительно усугубляет явление пробоя жидких диэлектриков и затрудняет выяснение механизмов пробоя. В максимально очищенных от примесей жидкостях при высоких значениях напряженности электрического поля может происходить вырывание электронов из металлических электродов и разрушение молекул самой жидкости за счет соударений с заряженными частицами, как и в случае пробоя газов. При этом повышенная электрическая прочность жидкого диэлектрика по сравнению с газообразным обусловлена значительно уменьшенной длиной свободного пробега электронов.

Пробой технически чистых жидкостей объясняют частичным перегревом жидкости и вскипанием ее в местах наибольшего количества примесей, которое приводит к образованию газового мостика между электродами. Влияние примесей в меньшей степени сказывается при пробое жидких диэлектриков импульсами. Пробой жидкости при радиочастотах обусловлен ее разогревом за счет диэлектрических потерь, что может приводить к термическому разрушению жидкости. Поэтому предельно допустимые рабочие напряженности поля для жидких диэлектриков на радиочастотах оказываются ниже, чем на промышленной частоте.

9. Электрический пробой твердых диэлектриков.

Твердые диэлектрики используются в качестве основных электроизоляционных материалов в оборудовании. Их электрическая прочность выше, чем у газообразных диэлектриков. Различают четыре виде пробоя твердых диэлектриков:

- электрический пробой макроскопически однородных диэлектриков;

- электрических пробой неоднородных диэлектриков;

- тепловой (электротепловой) пробой;

- электрохимический пробой.

Электрический пробой твердых диэлектриков происходит мгновенно вследствие образования лавины электронов и ионов, «вырываемых» из структуры электродов и диэлектрика силами электрического поля.

Электрический пробой твердых диэлектриков происходит при меньшем напряжении и более часто, чем электрический. Когда температура диэлектрика превышает критическое значение, нарушается тепловое равновесие между теплом, выделяемым в нем под действием электрического поля, и теплом, отводимым в окружающую среду. Это приводит к повышению температуры диэлектрика и уменьшению его электрической прочности, а так же расплавлению и обугливанию. В результате пробоя в твердых диэлектриках образуется отверстие с оплавленными или обугленными стенками и после электрического пробоя электрическая прочность диэлектриков не восстанавливается (в отличие от газообразных и жидких диэлектриков).

10. Классы нагревостойкости изоляционных материалов.

Классы по нагревостойкости электроизоляционных материалов для электрических машин, трансформаторов и аппаратов

11. Диэлектрические материалы, используемые в промышленности.

Текстоли́т — электроизоляционный конструкционный материал, применяемый для производства подшипников скольжения, шестерён и других деталей, а также в электро- и радиотехнике

Стеклотекстолит. Из стеклотекстолитов изготовляются различного рода профили, резервуары, корпуса катеров, лодок и каноэ, рекламные конструкции. Материал используется при производстве таксофонных кабин, кузовных элементов грузового и легкового автотранспорта, при возведении изолирующих конструкций электрооборудования, работающего под высоким напряжением.

Материал нашел широкое применение и в строительстве при возведении светопроницаемых интерьеров, потолков, коридоров и стенных панелей. Являясь одним из самых широко применяемых видов композиционных материалов, стеклотекстолит используется при производстве трубопроводов, не подверженных коррозийным процессам и обладающих высокими прочностными характеристиками. В силу новейших технологий, позволивших наладить массовое высокоточное производство данного материала с заданными свойствами, применение стало еще более обширным.

Полихлорвинил. Применяется для электроизоляции проводов и кабелей, производства листов, труб (преимущественно хлорированный поливинилхлорид), пленок, пленок для натяжных потолков, искусственных кож, поливинилхлоридного волокна, пенополивинилхлорида, линолеума, обувных пластикатов, мебельной кромки и т. д. Также применяется для производства грампластинок (т. н. виниловых), профилей для изготовления окон и дверей.

Гетина́кс — электроизоляционный слоистый прессованный материал, имеющий бумажную основу, пропитанную фенольной или эпоксидной смолой. В основном используется как основа заготовок печатных плат. Материал обладает низкой механической прочностью, легко обрабатывается и имеет относительно низкую стоимость. Широко используется для дешёвого изготовления плат в низковольтной бытовой аппаратуре, т.к. в разогретом состоянии допускает штамповку, благодаря чему получается плата любой формы вместе со всеми отверстиями.

Из-за низкой огнеупорности в настоящее время гетинакс не используется в ответственных электронных устройствах.

Лакоткань.

• ЛШМ. Используется в качестве гибкого электроизоляционного материала в электрических машинах и аппаратах.

• ЛШМС. Гибкий электроизоляционный материал для электрических машин и аппаратов. Эта марка лакоткани может работать в трансформаторном масле, отличается от других марок лакотканей повышенными диэлектрическими свойствами.

• ЛКМ.

• ЛКМС. Для данной марки лакоткани допускается работа в трансформаторном масле. Лакоткань ЛКМС отличается повышенной эластичностью и диэлектрическими свойствами.

• ЛСК-1. Стеклолакоткань ЛCК-1 также используется для изготовления композиционных материалов электротехнического назначения.

• ЛСП-1.

Фторопласт. Техническое название политетрафторэтилена — в СССР и РФ. За рубежом принято называть «тефлон». Плохо растворяется или не растворяется во многих органических растворителях, не растворим в воде и не смачивается ею. Фторопласты характеризуются широким диапазоном механических свойств, хорошими диэлектрическими свойствами, высокой электрической прочностью, низким коэффициентом трения, низкими значениями износа; стойки к действию различных агрессивных сред при комнатной и повышенной температуре, атмосферо-, коррозионно- и радиационностойки, слабо газопроницаемы, не горючи или самозатухают при возгорании. Очень высокая нагревостойкость (до 300 °С). Материал обладает холодной текучестью.

Картон электроизоляционный. Картон электроизоляционный "ЭВ" ГОСТ 2824-86 применяется для электроизоляции при работе в воздушных средах при температуре до 90 °С.

Картон электроизоляционный "Б" (электротехнический картон) используется для деталей электроизоляции в трансформаторах, в аппаратах, а также в другом электрооборудовании с масляным заполнением при рабочей температуре до 150 °С. Электротехнический картон также используется для изготовления лекал в легкой промышленности. Для крышек при сшивании документов для архивного хранения. Для документов длительного хранения и повседневного пользования также используется электрокартон, также называемый электротехническим картоном.

Электрокартон марки ЭВ предназначается для изоляции электрооборудования в воздушной среде при температуре до 90 °С.

Картон электроизоляционный марки ЭКС применяется для общих целей электрической изоляции.

Электрокартон марки ЭВС предназначен для пазовой изоляции автомобильных стартеров и других важнейших деталей автотракторного оборудования.