яких змінюється тільки функція
(2.7)
(2.8)
При d ®? і c ®? j1 (с) ® 1,0. Підвищення пробивних напруг для постійної напруги при тих же d і пояснюється зменшенням напруженості в центральній частині діелектрика, т. Е. В області максимальних температур, і утрудненням розвитку теплового пробою.
При малих товщинах діелектрика на підставі (2.7) і (2.8), пробивна напруга пропорційно, а пробивна напруженість - обернено пропорційна. Термічне руйнування діелектрика може відбуватися і без необмеженого зростання температури. У стаціонарному стані, коли кількість тепла, що виділяється в діелектрику за рахунок втрат, дорівнює кількості тепла, що відводиться через електроди, що встановилася температура може виявитися занадто високою. Руйнування в цьому випадку може наступити в результаті оплавлення, обвуглювання і подібних процесів, викликаних діелектричним нагріванням. Це явище називають тепловим пробоєм другого роду [2, С.204].
3. Залежність пробивної напруги в твердому діелектрику від температури і частоти (питання 30)
Дослідження пробою твердих діелектриків за своїм обсягом значно перевищують дослідження всіх інших видів діелектриків, що обумовлено більш широким застосуванням твердих діелектриків. Це, у свою чергу, обумовлено їх високими електричними характеристиками в поєднанні з задовільними механічними і теплофізичними характеристиками. Механізм пробою значно відрізняється для різних діелектриків і навіть для одного і того ж діелектрика при різних умовах [16].
Закономірності пробою твердих діелектриків:
Температурна залежність. Ця залежність часто має досить складний вид. Наприклад в деяких випадках електрична міцність із зростанням температури спочатку збільшується потім зменшується, в інших випадках монотонно зростає або убуває. Останній випадок звичайно добре описується моделлю теплового пробою.
Пробивна напруга, обумовлене нагріванням діелектрика, пов'язано з частотою поля, умовами охолодження діелектрика, температурою навколишнього середовища; воно залежить також від нагрівостійкості матеріалу. З підвищенням температури електрична міцність зменшується.
Для однорідних плоских діелектриків, що володіють втратами, існує наближений метод розрахунку пробивної напруги.
Для розрахунку U ін вважаємо, що пробій відбувається при підвищених температурах і в діелектрику переважають втрати від наскрізної електропровідності. Таким чином, враховуючи експоненційну залежність тангенса втрат (tg?) Від температури і використовуючи вираз Ра=U? С-tg?, Після перетворень отримаємо
Pа=U2 f? S tg? e? (t - t0)/(1,8 1010 h), (3.1)
де U - прикладена напруга; f - частота; ?.- Діелектрична проникність матеріалу; S - площа електрода; tg?- Тангенс кута втрат діелектрика при t 0 - температурі навколишнього середовища; ? - Температурний коефіцієнт тангенса кута втрат; t - температура нагрітого за рахунок діелектричних втрат матеріалу; t 0 - температура електродів, приблизно рівна температурі навколишнього середовища; h - товщина діелектрика.
Теплопровідність матеріалу електродів зазвичай на два - три порядки більше, ніж теплопровідність діелектрика, тому вважаємо, що теплота знагрівається обсягу діелектрика передається в навколишнє середовище через електроди. Потужність, відведена від діелектрика, виражається формулою Ньютона
Ра=2? S (t - t0). (3.2)
де?- Коефіцієнт теплопередачі системи діелектрик - метал електродів.
Для наочності подальших міркувань скористаємося графічним побудовою, показаним на рисунок 3.1, де у вибраній системі координат зображені експоненти тепловиділення при різних значеннях прикладеної напруги і пряма теплопередачі [16].
Малюнок 3.1 - Пробивна напруга при тепловому факторі
На малюнку 3.1 зображені: пряма теплопередачі Рт=F (t); експоненти тепловиділення для трьох різних значень прикладеної напруги. При значенні напруги U 1, пряма теплопередачі є січною кривої тепловиділення, і, отже, діелектрик нагріється до температури t 1температури стану стійкої рівноваги. Напруга U1 буде безпечним для зразка, якщо нагрів до цієї температури не приведе до механічного і ш хімічному руйнуванню структури матеріалу зразка. Тому збільшимо напругу до значення U 1, при якому крива тепловиділення стане дотичній до прямої теплопередачі, що приведе до стану нестійкого теплового рівноваги при температурі t. При значенні напруги U 2 крива тепловиділення пройде вище прямої теплопередачі, а це означає відсутність теплового рівноваги, тобто температура буде зростати до руйнування діелектрика - до теплового про...
