Zgryźliwość kojarzy mi się z radością, która źle skończyła.
7. MECHANIZM PRZEBICIA DIELEKTRYKÓW STAŁYCH
7.1 WPROWADZENIE
Przebicie dielektryka stałego wiąże się z jego nieodwracalnym uszkodzeniem.
Zjawiska związane z przebiciem dielektryków stałych mają bardzo złożony charakter ze względu
na bardzo dużą różnorodność ich składu chemicznego, struktury, dodatków i zanieczyszczeń jak
również technologii wytwarzania. Zatem technicznych dielektryków stałych nie można uważać
za ciała o ściśle zdefiniowanej strukturze wewnętrznej.
Stąd również wynikają dwie definicje wytrzymałości elektrycznej dielektryków stałych:
1. Wytrzymałość
swoista
(istotna), którą przewiduje się dla idealnego dielektryka bez
jakichkolwiek domieszek i zanieczyszczeń, wówczas gdy zachodzi czysto elektryczny proces
lawinowego rozwoju wyładowania elektrycznego. Wytrzymałość tego typu udaje się czasem
osiągnąć, w specyficznych warunkach laboratoryjnych, dla niewielkich próbek, uzyskanego
specjalnymi metodami materiału.
2. Wytrzymałość
praktyczna
, wielokrotnie niższa od swoistej, dla dielektryków o technicznym
stopniu czystości. Dla dielektryków rzeczywistych czysto elektryczny mechanizm przebicia jest
zakłócany dodatkowymi zjawiskami, które zwykle decydują o rzeczywistej wytrzymałości
elektrycznej.
Przykładowo, dla szkła wytrzymałość swoista zawiera się w przedziale 2÷6 MV/cm,
gdy praktycznie osiąga się najwyżej 0.25÷0.45 MV/cm.
Czysto elektryczny mechanizm przebicia dielektryków stałych, odgrywający pewną
rolę przy napięciach udarowych o czasach trwania napięcia rzędu mikrosekund, oparty o ruch
swobodnych elektronów, ich mnożenie się i oddziaływanie z cząstkami materii daje się opisać
tylko dla czystych dielektryków, o prostszych strukturach krystalicznych. Zatem istniejące teorie
przebicia elektrycznego są nieprzydatne praktycznie.
W przypadkach praktycznych decydującą rolę odgrywają inne zjawiska noszące nazwy:
•mechanizmu cieplnego;
•mechanizmu wyładowań niezupełnych;
•mechanizmu zanieczyszczeniowego;
•mechanizmu starzeniowego.
7.2. MECHANIZM CIEPLNY
Mechanizm cieplny oparty jest o porównanie ilości ciepła wytworzonego w dielektryku
wskutek strat dielektrycznych i ciepła odprowadzanego do otoczenia (rys. 7.1).
W punkcie ϑ
2
przy napięciu
U
2
, ilość ciepła oddawanego do
otoczenia jest mniejsza niż ilość ciepła
wytwarzanego wskutek strat
dielektrycznych. Będzie więc następował
nieograniczony wzrost ciepła i musi
dojść do przebicia. W punkcie ϑ
1
jest
równowaga termiczna, ilość ciepła
wytwarzanego jest równa ilości ciepła
oddawanego do otoczenia. Jednocześnie
w punkcie ϑ
1
jest zachowany pewien
margines bezpieczeństwa. Jeśli w
układzie wystąpi chwilowy wzrost
napięcia do np. wartości
U
2
i temperatura
wzrośnie do np. wartości ϑ
2
to po zaniku
przepięcia
U
2
i po powrocie do stanu
pracy przy napięciu
U
3
wystąpi nadmiar
ciepła oddawanego do otoczenia i powrót
do temperatury stanu równowagi ϑ
1
.
Oczywiście, długi czas trwania
przepięcia
U
2
lub nadmierne przepięcie
U
1
mogą doprowadzić do stanu
nierównowagi cieplnej i w konsekwencji
do przebicia.
zanotowane.pl doc.pisz.pl pdf.pisz.pl hannaeva.xlx.pl
7.1 WPROWADZENIE
Przebicie dielektryka stałego wiąże się z jego nieodwracalnym uszkodzeniem.
Zjawiska związane z przebiciem dielektryków stałych mają bardzo złożony charakter ze względu
na bardzo dużą różnorodność ich składu chemicznego, struktury, dodatków i zanieczyszczeń jak
również technologii wytwarzania. Zatem technicznych dielektryków stałych nie można uważać
za ciała o ściśle zdefiniowanej strukturze wewnętrznej.
Stąd również wynikają dwie definicje wytrzymałości elektrycznej dielektryków stałych:
1. Wytrzymałość
swoista
(istotna), którą przewiduje się dla idealnego dielektryka bez
jakichkolwiek domieszek i zanieczyszczeń, wówczas gdy zachodzi czysto elektryczny proces
lawinowego rozwoju wyładowania elektrycznego. Wytrzymałość tego typu udaje się czasem
osiągnąć, w specyficznych warunkach laboratoryjnych, dla niewielkich próbek, uzyskanego
specjalnymi metodami materiału.
2. Wytrzymałość
praktyczna
, wielokrotnie niższa od swoistej, dla dielektryków o technicznym
stopniu czystości. Dla dielektryków rzeczywistych czysto elektryczny mechanizm przebicia jest
zakłócany dodatkowymi zjawiskami, które zwykle decydują o rzeczywistej wytrzymałości
elektrycznej.
Przykładowo, dla szkła wytrzymałość swoista zawiera się w przedziale 2÷6 MV/cm,
gdy praktycznie osiąga się najwyżej 0.25÷0.45 MV/cm.
Czysto elektryczny mechanizm przebicia dielektryków stałych, odgrywający pewną
rolę przy napięciach udarowych o czasach trwania napięcia rzędu mikrosekund, oparty o ruch
swobodnych elektronów, ich mnożenie się i oddziaływanie z cząstkami materii daje się opisać
tylko dla czystych dielektryków, o prostszych strukturach krystalicznych. Zatem istniejące teorie
przebicia elektrycznego są nieprzydatne praktycznie.
W przypadkach praktycznych decydującą rolę odgrywają inne zjawiska noszące nazwy:
•mechanizmu cieplnego;
•mechanizmu wyładowań niezupełnych;
•mechanizmu zanieczyszczeniowego;
•mechanizmu starzeniowego.
7.2. MECHANIZM CIEPLNY
Mechanizm cieplny oparty jest o porównanie ilości ciepła wytworzonego w dielektryku
wskutek strat dielektrycznych i ciepła odprowadzanego do otoczenia (rys. 7.1).
W punkcie ϑ
2
przy napięciu
U
2
, ilość ciepła oddawanego do
otoczenia jest mniejsza niż ilość ciepła
wytwarzanego wskutek strat
dielektrycznych. Będzie więc następował
nieograniczony wzrost ciepła i musi
dojść do przebicia. W punkcie ϑ
1
jest
równowaga termiczna, ilość ciepła
wytwarzanego jest równa ilości ciepła
oddawanego do otoczenia. Jednocześnie
w punkcie ϑ
1
jest zachowany pewien
margines bezpieczeństwa. Jeśli w
układzie wystąpi chwilowy wzrost
napięcia do np. wartości
U
2
i temperatura
wzrośnie do np. wartości ϑ
2
to po zaniku
przepięcia
U
2
i po powrocie do stanu
pracy przy napięciu
U
3
wystąpi nadmiar
ciepła oddawanego do otoczenia i powrót
do temperatury stanu równowagi ϑ
1
.
Oczywiście, długi czas trwania
przepięcia
U
2
lub nadmierne przepięcie
U
1
mogą doprowadzić do stanu
nierównowagi cieplnej i w konsekwencji
do przebicia.