Пробой диэлектрика: Потеря изоляции сверх допустимого напряжения Любой диэлектрик работает безопасно только в пределах допустимого диапазона напряжений. Превышение этого предела при определенном пороговом значении приводит к пробою — резкой потере изоляционных свойств. После пробоя материал ведет себя как проводник и пропускает очень большой ток.
Пробивное напряжение и электрическая прочность Пробивное напряжение - это приложенное напряжение, при котором происходит пробой, измеряемое в киловольтах или мегавольтах. Электрическая напряженность - это электрическое поле при пробое, измеряемое в мегавольтах на метр или киловольтах на миллиметр. Оно равно напряжению пробоя, деленному на расстояние между электродами.
Влияющие факторы и первичность агрегатного состояния Характеристики разрушения зависят от температуры, влажности, примесей, дефектов и других факторов. Агрегатное состояние имеет решающее значение, поэтому процесс проверяется на наличие газов. В газе, свободном от магнитного поля, электроны, ионы и нейтральные молекулы движутся хаотично; применение магнитного поля дает энергию и направляет положительные и отрицательные заряды в противоположных направлениях.
Ударная ионизация за счет энергии, полученной в полевых условиях Заряженная частица получает энергию, равную ее заряду, умноженному на величину напряженности поля, умноженную на ее длину свободного пробега. Если эта энергия равна, по крайней мере, энергии ионизации газа, то столкновение с нейтральной молекулой создает положительный и отрицательный заряды — ударную ионизацию. Вновь образовавшиеся заряды продолжают двигаться и могут ионизировать дополнительные нейтралы.
Возбуждение и фотонно-индуцированная ионизация Если полученной энергии недостаточно, столкновение только возбуждает молекулу. Возвращаясь в стабильное состояние, молекула испускает избыток в виде фотона. Фотоны перемещаются быстрее, чем дрейфующие заряды, и могут ионизировать нейтральные молекулы, находящиеся впереди, вызывая фотоионизацию.
Лавинообразный рост и зарождение проводящего канала Начиная с нескольких зарядов, повторные столкновения и фотоионизация приводят к лавинообразному росту числа носителей. Фотоны опережают основную лавину и порождают новые лавины, которые растут и сливаются. Когда лавины сливаются, между электродами образуется канал с высокой проводимостью, начинает протекать ток, который, достигнув противоположного электрода, завершает пробой; аналогичная лавина положительных зарядов распространяется в противоположном направлении.
Геометрия электрода обеспечивает однородность поля Электроды типа "Плоскость–плоскость" или близко расположенные сферические электроды создают почти однородное электрическое поле с одинаковой напряженностью в разных точках. Электроды типа "Точка–плоскость", "игла–игла" или сферы, расположенные на большом расстоянии друг от друга, создают неоднородное поле, сконцентрированное вблизи острых электродов. В неоднородных полях поле является самым высоким там, где линии поля наиболее плотные.
Неоднородные Поля Приводят к более раннему разрушению Ударная ионизация начинается, когда энергия, полученная частицей в поле, превышает энергию ионизации газа; вблизи острых электродов в неоднородном поле это условие выполняется быстрее. Пробой начинается в этих областях с высоким напряжением и происходит при более низком напряжении пробоя, чем в однородном поле для того же зазора. Соответствующая электрическая прочность также ниже в неоднородных полях, о чем свидетельствуют более низкие кривые зависимости напряжения пробоя и электрической прочности от расстояния между электродами.