Физика ионизационного пробоя твердой изоляции

В твердой изоляции с  сначала возникают частичные разряды слабой интенсивности, которые называются начальные частичные разряды. Начальные частичные разряды неустойчивы, могут самопроизвольно затухать и появляться вновь (при длительном воздействии ). возникновения начальных частичных разрядов называется начальным напряжением. Начальные частичные разряды представляют собой электронные лавины, которые развиваются во включениях или в местах резкого усиления напряжённости электрического поля. Они приводят к постепенному медленному разрушению твёрдого диэлектрика. Если дальше повышать напряжение, то при некотором напряжении интенсивность частичных разрядов резко возрастает. Кажущиеся заряды и средний ток увеличится на 3-4 порядка (1000-10000). Такие частичные разряды называются критическими ( и соответственно Uкрит). Критические частичные разряды чаще всего представляют собой сравнительно мощные стримеры, разлагающие некоростойкие материалы с выделением газа и образованием полостей, трещин, каналов. Даже кратковременное появление критических частичных разрядов недопустимо, т.к. может наступить полный пробой в течение нескольких минут или секунд.

Критические частичные разряды обладают плохим свойством: возникнув при перенапряжении, они не исчезают, даже если снизить напряжение ниже начального. Частичные разряды и ионизационный пробой развивается при длительном воздействии напряжения. В твердом диэлектрике (смола, полимер, резина) разряд обычно возникает от острого края электрода или воздушной поры в виде прорастающих древовидных каналов, которые получили название дендриты.

Рост каналов связан с частичными разрядами. Важно, что интенсивность частичных разрядов тем выше, чем длиннее каналы. При напряжениях недостаточных для ионизационного пробоя, рост каналов в дендритах может прекратиться, однако, при увилечении напряжения рост канала будет продолжаться. В конечном итоге это приводит либо к электронному, либо к тепловому пробою. В твёрдой изоляции со слабонеоднородным полем (от 1 до 1,3), возникающий дендрит будет прорастать непрерывно до полного пробоя. При постоянном напряжении опасные частичные разряды возникают при больших напряжённостях, чем при переменных напряжениях. Пробой включения приводит к перераспределению зарядов и напряжение включения резко уменьшается. Восстановление напряжения на включении происходит медленно (до минуты), т.к. стекание ионов определяется проводимостью твёрдого диэлектрика, которая очень мала, поэтому при постоянном напряжении частичные разряды повторяются редко, разрушающее их воздействие на диэлектрик значительно меньше, чем при переменном напряжении. Частота частичных разрядов и их разрушающий эффект при постоянном напряжении растут с ростом проводимости. Из этого следует, что в установках высокого постоянного напряжения особенно важно использовать твердые диэлектрики с малой удельной проводимостью и не допускать её увлажнения и перегрева. Импульсные перенапряжения не приводят к быстрому развитию ионизационного пробоя, однако в момент их воздействия наблюдается вспышка интенсивности частичных разрядов. Поэтому при многократном повторении импульсов происходит значительное ухудшение электрических характеристик твёрдой изоляции (сейкулятивный эффект). Во избежание этого необходимо учитывать его при выполнении защиты и в особенности при испытании изоляции, учитывать, что она дорогая (95% стоимости) и не восстанавливается после пробоя.