Лекция 9 Процессы в диэлектриках под действием сильных электрических полей. - презентация

1 Лекция 9 Процессы в диэлектриках под действием сильных электрических полей.

2 Вопросы лекции: 9.1. Элементарные процессы в газах. Лавина, стример, лидер Пробой в жидкостях. Эмпирические зависимости электрической прочности. Роль газовых пузырьков Пробой твердых диэлектриков. Электрический пробой. Тепловой пробой. Частичные разряды.

3 Изоляционный промежуток - устройство, или элемент устройства, содержащий электропроводные элементы с диэлектриком между ними. При повышении напряженности электрического поля в любом диэлектрике, после достижения определенного уровня возникает новое физическое явление - электрический пробой промежутка. Электрический пробой - образование под действием высокого напряжения электропроводного плазменного канала в диэлектрике между электродами изоляционного промежутка.

4 Электрической прочностью материала называется напряженность, при которой происходит пробой материала. Она зависит от материала диэлектрика, конфигурации электродов, внешних факторов, качества диэлектрика, типа воздействующего напряжения.

5 Электрическая прочность h U пр Напряжение U пр, при котором происходит электрический пробой называют пробивным напряжением При увеличении разрядного промежутка пробивное напряжение возрастает, а электрическая прочность снижается

6 9.1. Элементарные процессы в газе. Лавина, стример, лидер. В сильных электрических полях возникают новые явления, связанные с ионизационными процессами. Зависимость тока в газе при возрастании напряжения имеет три характерных участка. Первый - линейная зависимость, второй - насыщение, третий участок - экспоненциальный рост.

7 В этой области резко начинают расти и диэлектрические потери. Причина заключается в появлении носителей в промежутке за счет нового механизма - ударной ионизации. Ударная ионизация -это физическое явление увеличения числа электронов и ионов в промежутке за счет столкновения электронов с повышенной энергией с нейтральными молекулами.

8 5.3. Электрическая прочность Пробой газов Электрический пробой газов начинается с появления в разрядном промежутке свободного электрона Длина свободного пробега F = ma; W=mv 2 /2

9 5.3. Электрическая прочность Пробой газов Электрический пробой газов начинается с появления в разрядном промежутке свободного электрона Длина свободного пробега В электроотрицательных газах при недостаточной энергии электрона может произойти его «захват» атомом электроотрицательного газа

10 5.3. Электрическая прочность Пробой газов Электрический пробой газов начинается с появления в разрядном промежутке свободного электрона Длина свободного пробега При достаточном увеличении энергии электрона на длине свободного пробега в момент «соударения» с нейтральным атомом происходит «ударная ионизация» последнего.

11 5.3. Электрическая прочность Пробой газов Последовательные процессы ударной ионизации порождают электронную лавину

12 Электроны появляются из электродов, либо в результате развала отрицательного иона, либо в результате термоионизации. В электрическом поле на электрон действует сила, в результате чего он ускоряется и набирает энергию. После прохождения расстояния l приобретаемая энергия составит W=eEl. При этом в каждом акте ионизации затрачивается энергия ионизации W. Характерные значения энергии ионизации зависят от типа молекул и составляют для некоторых молекул: для цезия эВ, для азота эВ, для кислорода эВ

13 Ионизация электронами происходит, в том случае, если кинетическая энергия налетающего электрона m V 2 /2 > W по схеме e+A = A+e+e. Такой тип ионизации называется прямой ионизацией. Здесь А - молекула или атом газа. Однако возможна ионизация и при меньшей энергии налетающего электрона, если она превышает энергию возбуждения Wвозб. Такой тип ионизации называется ассоциативной ионизацией. Она происходит в два этапа, с участием возбужденных молекул A*. Критерием начала ассоциативной ионизации является m V 2 /2> Wвозб.

14 Возможны следующие схемы: e + A = A*+ e, A* + e = A + + e + e e + A = A* + e, A* + e = A + e + W i, e + W i +A = A + + e + e e + A = A*+ e, A* + A* = A + + e Кроме ионизации молекул электронами возможна фотоионизация, термоионизация и автоионизация. Термоионизация - появление свободных электронов и ионов за счет тепловой энергии. Она имеет заметные скорости при температуре несколько тысяч градусов. Фотоионизация - выбивание электронов фотонами при энергии фотона не меньше чем энергия ионизации.

15 Автоионизация - вырывание электрона из молекулы за счет действия сильного электрического поля. Заметную роль в появлении электронов автоионизация начинает играть в полях более 10 МВ/см. В реальной электрической изоляции всегда следует учитывать контакт диэлектрика с электродами. При этом возможно зарождение новых носителей заряда с участием электрода фактически с помощью тех же процессов, т.е. фотоэффекта, автоионизации, выбивания электрона положительным ионом.

16 Первичный электрон, двигаясь в поле до столкновения с молекулой проходит определенное расстояние, называемое длиной свободного пробега. Длина свободного пробега - среднее расстояние, проходимое электроном или ионом до неупругого столкновения с молекулой. l ион = 1/(4 nr 2 ) l элект = 1/( nr 2 ) = kT/( ·p·r 2 ) n- концентрация молекул, r- их радиус

17 Поскольку на каждом столкновении энергия теряется, то электрон не может бесконечно ускоряться и для каждого поля устанавливается определенная скорость V = b·E, где b - подвижность. Поскольку длина пробега иона в четыре раза меньше длины пробега электронов, то ударная ионизация ионами представляется маловероятной. Подвижность некоторых носителей заряда в воздухе: Воздух ВодородПары воды ,42 Тип носителей Подвижность носителей, м 2 /(В·сек) Для сравнения оценка подвижности электронов в воздухе 0.1 м 2 /(В·сек).

18 Если энергия на длине пробега достаточна, после первого столкновения в объеме появляются дополнительно 1 электрон и ион, после второго - еще 2 электрона и 2 иона и т.д. Возникает так называемая лавина. Электронная лавина - экспоненциальный рост количества носителей заряда в промежутке от катода к аноду за счет ударной ионизации молекул электронами n = n 0 e d

19 Коэффициент называется коэффициентом ударной ионизации. Он определяется донорно- акцепторными свойствами молекул жидкости, зависит от длины свободного пробега и резко зависит от напряженности поля. Для примера = 18 1/см при 30 кВ/см в воздухе.

20 Возникновение лавины - это еще не пробой. Необходимо, чтобы после прохождения лавины снова появился на катоде электрон. После этого возникает повторная лавина, затем еще лавина и т.д. Возникает самостоятельный много лавинный разряд. Для самостоятельности разряда необходимо вырывание электронов из катода положительными ионами, либо фотонами. Для оценки процесса вводят коэффициент - т.н. вторичный ионизационный коэффициент. Для плотности электронного тока можно получить выражение j = j 0 e/(1- (e d -1))

21 Условием самостоятельности разряда является появление на катоде хотя бы одного электрона после прохождения лавины: 1- (e d -1) = 0 Поскольку коэффициент ударной ионизации зависит от напряженности поля, длины свободного пробега, а следовательно и давления из условия самостоятельности можно получить зависимость разрядного напряжения от внешних факторов, т.н. закон Пашена U = f(pd), или в другом виде E/p = F(pd) р - давление в газе, d - межэлектродный промежуток.

22 Кривая Пашена для лавинного пробоя воздушного промежутка Она имеет минимум, значение которого и положение зависят от типа газа. Для воздуха минимум пробивного напряжения составляет 300 В и он достигается вблизи pd~1 Па.м.

23 После пробоя газового промежутка он заполняется газоразрядной плазмой. В дальнейшем, в зависимости от мощности источника напряжения в промежутке развиваются различные виды разрядов. Если источник недостаточно мощен и давление невелико, то - тлеющий разряд. Он происходит во всем объеме, имеет несколько характерных зон, основные - темное пространство у катода и светящийся анодный столб. У катода электроны не имеют достаточно энергии для возбуждения молекул и поэтому нет свечения. В положительном столбе свечение вызвано излучением возбужденных молекул. Анодное свечение используется в люминесцентных лампах.

24 В случае мощного источника напряжения в промежутке после пробоя возникает дуговой разряд. Он характеризуется узким высокотемпературным каналом с высокой плотностью тока. В промышленности используется, в частности при электросварке. Реально закон Пашена выполняется при не очень высоких давлениях, менее 1 атм и при малых зазорах, менее 1 мм. В других условиях механизм пробоя меняется. По мере удлинения лавины заряд вблизи фронта развивающейся лавины нарастает, напряженность электрического поля также возрастает.

25 При некоторой напряженности возможно распространение разряда практически без участия электродов, за счет высокой напряженности. Происходит лавинно-стримерный переход, переход разряда из много лавинной формы в стримерную форму. Стример - распространение с высокой скоростью в промежутке проводящего и светящегося плазменного локального образования. Критерием перехода является выполнение условия d = 20. Наглядно стример можно представить себе как светящийся шарик из плазмы, пробегающий от одного электрода к другому.

26 По мере удлинения промежутка, для длинных промежутков, возможно возникновение повторных стримеров в следе первого стримера. Это происходит потому, что место где прошел стример прогревается, плотность газа уменьшается, его электрическая прочность уменьшается, и в следе стримера могут возникать и распространяться новые стримеры со своим дополнительным нагревом и т.д. В результате локального повышения температуры в нем начинается термоионизация, и возрастает электропроводность, по значению выше перехода из диэлектрического состояния в проводящее.

27 Возникающая структура - лидер эквивалентна продвижению электрода в виде острия вглубь промежутка и способствует пробою длинных промежутков. В линиях электропередач реализуется именно этот вид пробоя. Кроме того, для линий электропередач и систем с резко неоднородным полем возникает особое явление разряда - корона. Это ионизационные процессы в локальной области вблизи электрода, чаще вблизи острых кромок электродов, где локальное электрическое поле может быть очень большим.

28 Температурная зависимость. Температурная зависимость обусловлена уменьшением плотности газов при росте температуры в условиях постоянного давления в соответствии с уравнением идеального газа PV = RT или n = P/ kT. Для атмосферных условий влияние изменения и давления и температуры можно учесть так: E = E 0 где -относительная плотность = 0.386Р/(t + 273) (рис.9.3.).

29 Зависимость электрической прочности воздуха при нормальных условиях от температуры

30 Зависимость от давления. Зависимость от давления. В условиях лавинного пробоя при pd<100 зависимость E(p) полностью эквивалентна кривой Пашена при d = const, т.е. также имеет минимум. При более высоких давлениях и длинах промежутков зависимость напряженности пробоя от давления имеет вид кривой с насыщением.

31 Электрическая прочность воздушного промежутка 1 мм при высоких давлениях.

32 Зависимость от межэлектродного зазора. Для лавинного пробоя - аналогична кривой Пашена при р = const. При повышенных давлениях и малых зазорах E = 30 + A/d где А - постоянная. Экспериментальные данные по пробою микронных зазоров показывают, что пробивная напряженность доходит до 200 кВ/см. Зависимость от площади электродов. Эта зависимость - чисто эмпирическая, имеет вид Е = Е 0 S -1/10 Обычно эту зависимость объясняют наличием «слабых мест» на поверхности в виде неоднородностей, пленок и т.п., возрастание числа которых с ростом площади приводит к уменьшению электрической прочности.

33 Зависимость от влажности. Эта зависимость проявляется только при разряде по поверхности раздела твердого изолятора и газа и выражается в уменьшении пробивного напряжения с ростом влажности, особенно при некотором уровне влажности, когда образуется пленка на поверхности.

34 Закономерности импульсного пробоя газов При импульсном пробое газов увеличивается электрическая прочность относительно статического уровня. Это связано с конечным временем формирования разряда, которое, в свою очередь, обусловлено вероятностными характеристиками появления первичных электронов в промежутке, появления вторичных лавин и стримеров и т.д. Значения возникающего перенапряжения, т.е. увеличения пробивного напряжения относительно статического уровня может достигать двухкратного и более уровня.

35 5.3. Электрическая прочность Пробой газов При замыкании лидером разрядного промежутка происходит главный разряд

36 5.3. Электрическая прочность Пробой газов Мала вероятность ударной ионизации Мала длина свободного пробега Электрическая прочность газов Давление 0,1 МПа 0,3 МПа Воздух (в однородном поле, промежуток 1 см) 3 кВ/мм 10 кВ/мм Элегаз SF 6 ( в тех же условиях) 8,7 кВ/мм 20 кВ/мм Пути повышения электрической прочности газообразных диэлектриков: 1. Повышение давления. 2. Применение электроотрицательных газов.

37 9.2. Пробой жидкостей Поведение электронов в жидкости кардинально отличается от поведения электронов в газе. Молекулы жидкости расположены столь близко друг другу, столь сильно взаимодействуют друг с другом, что электрон не может свободно двигаться и ускоряться в электрическом поле. В жидкости, кроме особо чистых сжиженных благородных газов, свободные электроны не могут существовать. При попадании свободных электронов в жидкость они сначала сольватируются, затем прилипают к нейтральным молекулам, образуя тем самым, отрицательные ионы. Поэтому понятие длины свободного пробега для жидкости невозможно ввести.

38 Грубая оценка принципиальных ограничений электрической прочности может быть сделана из следующих соображений. Считаем, что электрон может ускоряться на протяжении межмолекулярного расстояния. Используя в качестве длины пробега l элект межмолекулярное расстояние можно получить оценку предельной электрической прочности жидкости: eE пред = W Подставляя значения ~ м, W ~ 5 эВ, получим, что Eпред~ В/м. Эксперименты дают значения на 3-4 порядка меньше.

39 Модель развития предпробивных процессов можно представить следующим образом: 1. Под действием электрического поля на пузырьки, заранее существующие в жидкости, в них возникают ионизационные процессы (частичные разряды) после достижении на их размере падения напряжения Up. 2. После разряда поле в пузырьке уменьшается вследствие экранирования осевшими зарядами внешнего поля, что вызывает ослабление, либо прекращение ионизационных процессов. 3. Действие электрического поля на осевший заряд приводит к движению стенки пузырька и его вытягиванию вдоль поля, а также к продвижению заряда вглубь жидкости со скоростью, определяемой подвижностью носителей заряда. При этом возможны две ситуации: а) поддержание разряда в виде тлеющего разряда (на пузырьке поддерживается некоторое напряжение, по- видимому, соответствующее закону Пашена)

40 б) прекращение разряда (напряжение на пузырьке растет, что ведет к повторному частичному разряду и движению в жидкости новой волны зарядов). Определяющий параметр - давление на стенку пузырька, обусловлен действием кулоновских сил на инжектированный заряд и ростом давления в пузырьке за счет нагрева газа в нем. 4. Напряженность поля в жидкости, вблизи полюса пузырька, достигает критического значения, происходит зажигание разряда в жидкости. 5. После пересечения промежутка каналом разряда происходит пробой.

41 5.3. Электрическая прочность Пробой жидких диэлектриков Современная теория пробоя жидких диэлектриков (С.М.Коробейников) εгεг εжεж ε г 1 ε ж 2…81 Е г >Е ж, всегда.

42 5.3. Электрическая прочность Пробой жидких диэлектриков Современная теория пробоя жидких диэлектриков (С.М.Коробейников) 1. Под действием электрического поля, после достижении на пузырьках падения напряжения Up. в них возникают ионизационные процессы (частичные разряды) Up 2. После разряда поле в пузырьке уменьшается вследствие экранирования осевшими зарядами внешнего поля, что вызывает ослабление, либо прекращение ионизационных процессов.

43 5.3. Электрическая прочность Пробой жидких диэлектриков Современная теория пробоя жидких диэлектриков (С.М.Коробейников) 3. Действие электрического поля на осевший заряд приводит к движению стенки пузырька и его вытягиванию вдоль поля, а также к продвижению заряда вглубь жидкости со скоростью, определяемой подвижностью носителей заряда. При этом возможны две ситуации: а) поддержание разряда в виде тлеющего разряда (на пузырьке поддерживается некоторое напряжение, по-видимому, соответствующее закону Пашена) б) прекращение разряда (напряжение на пузырьке растет, что ведет к повторному частичному разряду и движению в жидкости новой волны зарядов).

44 Современная теория пробоя жидких диэлектриков (С.М.Коробейников) 5.3. Электрическая прочность Пробой жидких диэлектриков

45 Последовательность событий при пробое с анода.

46 Последовательность событий при пробое с катода.

47 Рассмотрим характер некоторых эмпирических зависимостей электрической прочности жидких диэлектриков от различных факторов. Зависимость от давления Электрическая прочность жидкостей зависит от давления достаточно слабо Е ~p1/6-1/12. Иногда эту зависимость представляют в виде кривой с насыщением. Зависимость от межэлектродного зазора При малых зазорах пробивная напряженность поля резко нарастает с уменьшением зазора. Согласно экспериментальным данным в микронных зазорах пробивная напряженность доходит до 10 МВ/см.

48 Температурная зависимость. Эта зависимость зачастую имеет достаточно сложный вид. Например для технически чистого трансформаторного масла электрическая прочность с ростом температуры от отрицательных температур до С уменьшается, затем возрастает в диапазоне до С и потом снова убывает. Для чистых жидкостей, как правило, наблюдаются три области зависимостей: при низких температурах электрическая прочность падает по мере роста температуры, затем очень слабо меняется и вблизи температуры кипения опять заметное падение.

49 Зависимость от площади Эта зависимость - чисто эмпирическая, имеет вид Е = Е 0 S -1/10. Несомненно, что как и в случае пробоя газа она обусловлена вероятностными характеристиками инициирования пробоя. Зависимость от влажности Эта зависимость проявляется при малой влажности, менее 0.01% и выражается в резком уменьшении пробивного напряжения с ростом содержания воды.

50 Закономерности импульсного пробоя жидкости При импульсном пробое жидкостей также увеличивается пробивное напряжение по мере укорочения длительности импульса. Электрическая прочность в наносекундном диапазоне может превышать МВ/см. Для практических целей предложено и широко используется обобщение эмпирических зависимостей в виде формулы Мартина. M – постоянная, зависит от сорта жидкости и имеет размерность МВ/см

51 t - длительность импульса [мкс], p - давление [атм.], S - площадь электродов [см 2 ]. Постоянная А составляет: 0.7 МВ/см для гексана и трансформаторного масла, 0.6 МВ/см для глицерина, 0.5 МВ/см для этилового спирта, 0.6 МВ/см для воды в случае пробоя с катода, 0.3 МВ/см в случае пробоя с анода. Зависимость электрической прочности от наличия примесей: увеличение количества примесей приводит к увеличению электропроводности и к уменьшению электрической прочности. Электрическая прочность является технологической характеристикой жидкости и способа ее приготовления.

52 Электрическая прочность жидких диэлектриков Трансформаторное масло 12…26 кВ/мм Конденсаторное масло 20…25 кВ/мм Кабельное масло 14…24 кВ/мм Совтол (хлорированный ж.д.) 20 кВ/мм Фторорганические жидкости 12…20 кВ/мм Пути повышения электрической прочности жидких диэлектриков: 1.Сушка. 2. Очистка от примесей. 3. Дегазация (вакууммирование) 4. Повышение давления 5.3. Электрическая прочность Пробой жидких диэлектриков

53 5.3. Электрическая прочность Пробой твердых диэлектриков Виды пробоя твердых диэлектриков: 1. Электрический пробой 2. Тепловой пробой 3. Пробой под действием частичных разрядов U пр с час год

54 Закономерности пробоя твердых диэлектриков Зависимость от межэлектродного зазора. При малых зазорах напряженность поля пробоя резко нарастает с уменьшением зазора (рис.9.6). Современные экспериментальные данные по пробою специально выращенных бездефектных пленок показывают, что пробивная напряженность в субмикронных зазорах может доходить до 100 МВ/см. Рис.9.6. Зависимость электрической прочности пленки SiO 2 от толщины

55 5.3. Электрическая прочность Пробой твердых диэлектриков Электрический пробой При электрическом пробое твердого диэлектрика под действием приложенного напряжения разрываются химические связи, и вещество перерабатывается в плазму. Электрическая прочность твердого диэлектрика пропорциональна энергии химических связей (Ю.Н.Вершинин) Е пр ~ W химических связей

56 Зависимость от площади. Эта зависимость - чисто эмпирическая, как в газах и жидкостях, она имеет вид Е=Е 0 S -1/10 Температурная зависимость : эта зависимость зачастую имеет достаточно сложный вид. Например в некоторых случаях электрическая прочность с ростом температуры сначала увеличивается затем уменьшается, в других случаях монотонно возрастает или убывает. Последний случай обычно хорошо описывается моделью теплового пробоя.

57 Кристаллографическая направленность. При разряде в кристаллах, например NaCl, с игольчатого электрода разряд зачастую имеет вид не дерева или куста, а разветвленной структуры с ветвями, ориентированными вдоль определенных кристаллографических направлений. При этом, разряд с анодного острия предпочитает одни направления, а с катодного острия - другие. Закономерности импульсного пробоя: такие же, как в случае пробоя жидкостей. Электрическая прочность в наносекундном диапазоне может превышать 10 МВ/см.

58 Из теорий электрического пробоя рассмотрим модель электрического пробоя, модель пробоя под действием частичных разрядов и теорию теплового пробоя. Много моделей рассматривают электрический пробой твердых диэлектриков. Считается, что электроны могут вырываться из электродов или из молекул примесей, например путем туннельного эффекта, или термоионизации и попадают в зону проводимости. Там они ускоряются и набирают энергию, достаточную для выбивания новых электронов из заполненной зоны. Выделяющаяся энергия приводит к разрушению и появлению канала разряда. В случае чисто «электрического» механизма не должно быть температурной зависимости Е(Т).

59 По сути дела, тепловой пробой возникает вследствие увеличения электропроводности диэлектрика с ростом температуры, которую обычно представляют в виде exp(a )) a- температурный коэффициент зависимости. Механизм возникновения: Энерговыделение W в среде с напряженностью E и удельной проводимостью в течении времени определяется джоулевыми потерями W = E 2. Это приводит к росту температуры Т в соответствии с выражением W = с d где с - удельная теплоемкость, d - плотность диэлектрика.

60 Рост температуры сопровождается ростом электропроводности, что приводит к росту энерговыделения и т.п. В результате возникает ничем не ограниченный (при мощном источнике) рост температуры. Считается, (чисто математически) что пробой произойдет при достижении бесконечной температуры. Для одного частного случая, когда пренебрегается теплоотводом от диэлектрика во внешнюю среду получено известным российским ученым академиком Фоком выражение Е = (с d / (a (Т 0 ) t))1/2 Это выражение определяет температурную зависимость электрической прочности E(T 0 ), ввиду зависимости (Т 0 ).

61 Экспериментально тепловой пробой твердых диэлектриков выявляется не только по виду температурной зависимости, но и по внешнему виду канала разряда. В этом случае обычно канал разряда расположен в центре образца и он имеет аккуратные гладкие стенки, характерные для проплавления диэлектрика.

62 Реальные диэлектрики отличаются от идеальных, прежде всего наличием в теле диэлектрика микропор, в особенности на поверхности раздела электрод-диэлектрик. Это является одним из главных факторов ухудшения свойств электрической изоляции в процессе эксплуатации, т.н. старения диэлектриков. Старение диэлектриков - ухудшение характеристик диэлектриков при их эксплуатации.

63 Основной механизм старения диэлектриков - воздействие частичных разрядов. Дело в том, что в энергетике на диэлектрики действуют, как правило, переменные электрические поля. При действии на диэлектрик переменного напряжения определенной амплитуды при переменном напряжении определенной амплитуды в газовых или воздушных порах возникают частичные разряды.(рис.9.7)

64 5.3. Электрическая прочность Пробой твердых диэлектриков Пробой под действием частичных разрядов Частичным разрядом (ЧР) называют разряд, проходящий в какой либо ограниченной области разрядного промежутка. И не замыкающий весь промежуток εгεг εтεт ε г 1 ε т 2…7 Е г >Е т, всегда.

65 Частичный разряд - локальный лавинный разряд в газовой поре диэлектрика. Каждый разряд оказывает слабое воздействие на диэлектрик за счет образования активных радикалов, излучения, повышенной температуры. Интенсивность ЧР зависит от напряженности поля. Однако разряды обычно возникают на каждом полупериоде синусоидального напряжения, поэтому с течением времени их действие нарастает. Это ведет к постепенному разложению материала, росту давления в поре, появлению проводящих частиц (обуглероживанию), и в конце концов к зарождению дендрита.

66 Дендрит - древовидное образование в теле диэлектрика, имеющее повышенную проводимость и приводящее к прогрессирующему разрушению диэлектрика. Характерен для любых видов твердых диэлектриков, в особенности для полимерных диэлектриков, канал дендрита обладает повышенной проводимостью, имеет диаметр от 1 мкм до мкм, в длину может распространяться на часть промежутка.

67 Интенсивность роста дендрита зависит от напряженности поля и она определяет зависимость времени жизни от напряженности и частоты воздействующего напряжения. На переменном напряжении неорганические диэлектрики практически не стареют, т.к. в них не происходит разложения материала и обуглероживание каналов дендритов. На постоянном напряжении неорганика (содержащая ионы) стареет за счет перемещения ионов разного знака к разным электродам. Органика на переменном напряжении стареет за счет ЧР, на постоянном напряжении практически не стареет.

68 Водный триинг (водный дендрит) - образование разветвленной микроструктуры в виде объемной сетки или микрокустов в теле диэлектрика, состоящей преимущественно из воды. Характерен для полиэтиленовой изоляции кабелей, работающих во влажных условиях. Растет от точек входа воды вглубь промежутка под действием напряжения и воды. Диаметр водного дендрита - доли микрон. При разрастании структуры триинга до размеров половины промежутка или более, происходит пробой промежутка.

69 Обычно механизм выхода их строя твердой изоляции под действием напряжения представляется следующим. В порах возникают частичные разряды, они постепенно разрушают диэлектрик в прилегающей области, затем их амплитуда растет и, по достижению некоторого значения, скачкообразно происходит образование микродендрита. Затем ЧР происходят уже в дендрите, и после определенных воздействий, дендрит скачкообразно прорастает дальше вглубь промежутка. В конце концов происходит пробой всего промежутка. Для влажных условий водные дендриты начинают играть превалирующую роль, приводя к пробою при сравнительно низких напряжениях.

70 5.3. Электрическая прочность Пробой твердых диэлектриков Значения электрической прочности Полиэтилен 25…60 кВ/мм Поливинилхлорид 20…50 кВ/мм Политетрафторэтилен (фторопласт 4) 13…15 кВ/мм Гетинакс 20…40 кВ/мм Стеклотекстолит 20…30 кВ/мм Мусковит (слюда) кВ/мм Миканит (слюда+смола глифталиевая) 16…38 кВ/мм Изоляционное стекло 30…70 кВ/мм Электрофарфор 30…32 кВ/мм