Электрическая прочность

При определении электрической прочности для исключения теплового пробоя измерения производятся, как правило, в импульсном режиме, но импульсы напряжения должны быть достаточно длительными, чтобы процессы, приводящие к электрическому пробою, протекали без перенапряжений. Такими процессами являются ударная ионизация либо туннельное просачивание, либо то и другое. При напряжениях выше электрической прочности диэлектрик становится проводником (когда напряженность электрического поля Е достигает пробивной Е_пр, электропроводность скачкообразно возрастает). Переход в проводящее состояние часто приводит к разрушению материала из-за перегрева.

Электрическая прочность у газов, сравнительно с прочностью жидкостей и твердых диэлектриков, невелика и сильно зависит от внешних условий и от природы газа. Обычно пробивные характеристики разных газов сопоставляют при нормальных условиях (н. у.). Эти условия — давление 1 атм, температура 20 °С, электроды, создающие однородное поле, площадью 1 см², межэлектродный зазор 1 см. Воздух при н. у. имеет электрическую прочность 3.10⁴В/см. Коэффициент k, показывающий отношение электрической прочности газа к электрической прочности воздуха составляет для некоторых газов, используемых в технике: водород — k = 0.5, гелий — k = 0.2, элегаз к = 2.9, фреон-12 - k = 2.4, перфторированные углеводородные газы k = (4-10).

Жидкие диэлектрики отличаются более высокими значениями электрической прочности, чем газы в нормальных условиях. Предельно чистые жидкости получить очень трудно. Постоянными примесями в жидкости являются вода, газы и мельчайшие частицы твердых веществ, наличие которых сильно влияет на электрическую прочность жидкого диэлектрика. Зависимость от влажности проявляется при малой влажности, менее 0.01% и выражается в резком уменьшении пробивного напряжения с ростом содержания воды. Для чистых жидкостей, как правило, наблюдаются три области зависимостей электрической прочности от температуры: при низких температурах электрическая прочность падает по мере роста температуры, затем очень слабо меняется и вблизи температуры кипения опять заметное падение.

В твердых диэлектриках чисто электрический пробой имеет место, когда исключено влияние электропроводности и диэлектрических потерь, обусловливающих нагрев материала, а также отсутствует ионизация газовых включений. В случае однородного поля и полной однородности структуры материала пробивные напряженности при электрическом пробое могут служить мерой электрической прочности вещества. Такие условия удается наблюдать у монокристаллов многих окислов, щелочно-галоидных соединений и некоторых органических полимеров. При этом Е_пр достигает значений более 10⁶В/м. Электрический пробой наблюдается у большинства диэлектриков при кратковременном (импульсном) воздействии напряжения.

Тонкие пленки могут обладать существенно более высокой электрической прочностью, чем массивные образцы. Это свойство получило название электрического упрочнения материалов.