Ионизационный пробой

Ионизационный пробой в конденсаторах с твердым диэлектриком может проявляться в широком интервале времени воздействия напряжения. Развитие этого пробоя связано с наличием в диэлектрике конденсатора воздушных (газовых) включений, обусловленных пористостью диэлектрика или наличием зазоров между диэлектриком и обкладками.

Если часть общего напряжения, приходящаяся на долю воздушного включения превысит пробивное напряжение воздуха в этом включении, то в нем начнется процесс ионизации, то есть система следующих друг за другом разрядов. О начале этого процесса можно судить по перегибу кривой . Значение напряжения, приложенного к конденсатору , при котором начинается ионизация воздушных включений, называют ионизирующим напряжением, а соответствующее ему значение - ионизирующей напряженностью.

При ионизирующем пробое очагом зарождения пробоя является газовое включение в твердом диэлектрике.

После пробоя газа в газообразном включении происходит пробой той части твердого диэлектрика, которая примыкает к включению, за счет разрушения твердого вещества. Факторами разрушения твердого вещества являются: повышенная температура, бомбардировка заряженных частиц и химическое разрушение диэлектрика при воздействии на него продуктов ионизации воздуха – азота и окислов азота.

Рассмотрим диэлектрик, содержащий воздушное включение. Ему соответствует эквивалентная схема:

При переменном напряжении распределение напряжения обусловлено величиной емкостей:

[156]

[157]

где - диэлектрическая проницаемость диэлектрика.

Напряжение будет равно напряжению ионизации , когда достигает значения пробивного напряжения воздуха, при зазоре, равном .

[158]

Величина ионизирующей напряженности будет равна:

[159]

Для того, чтобы ионизация не имела место необходимо, чтобы .

Согласно формуле [159] ионизирующая напряженность должна снижаться с увеличением толщины диэлектрика h, если . Поэтому при изготовлении конденсаторов высокого напряжения с целью повышения и выгодно разбивать конденсатор на ряд последовательно соединенных секций, при этом сумма толщин диэлектрика во всех секциях получается меньше, чем h диэлектрика в несекционном конденсаторе. При этом надо учесть зависимость кратковременной электрической прочности от толщины диэлектрика. При очень малой толщине будет высоким, но может снизится настолько, что запас электрической прочности окажется недостаточным.

Берут не , а , при котором значение сочетается с повышенным значением .

Интенсивность ионизационных процессов при постоянном напряжении обычно много меньше, чем при переменном напряжении, если проводимость диэлектрика мала, то есть постоянная времени велика. Если снижается (при отсыревании или нагревании конденсатора), то количество вспышек ионизации в единицу времени резко возрастает и интенсивность может быть такой же как и при переменном напряжении. Обычно напряжение ионизации при постоянном напряжении больше напряжения ионизации при переменном напряжении, то есть:

и можно повысить, если заменить воздух в порах диэлектрика или в зазорах между слоями диэлектрика, диэлектриком и обкладкой изоляционной жидкостью, то есть произвести пропитку конденсатора. Тогда формула [159] примет вид:

[160]

[161]

должно увеличиваться, так как и .

Увеличение давления в конденсаторе увеличивает растворимость газов в масле, величина достаточно высока даже при образовании газовых пузырьков, так как электрическая прочность газов увеличивается с увеличением давления. Для увеличения применяют масла с повышенной газостойкостью.

Процессы появления ионизации при переменном напряжении в бумажно-масляных конденсаторах связаны с краем обкладки, где за счет краевого эффекта напряженность поля повышена. Влияние краевого эффекта приводит к снижению с увеличением толщины диэлектрика.

При постоянном напряжении влияние краевого эффекта сказывается слабее, чем при переменном напряжении, а поэтому начало ионизации необязательно связано с краем обкладки, и чаще наблюдается в каком-то участке под обкладками.