Электротехническое материаловедение

Электротепловой пробой (тепловой) связан с нагревом изоляции в электрическом поле и диэлектрическими потерями. Развитие теплового пробоя идет по следующей схеме: при некоторой разности потенциалов на электродах (например, Uраб) в диэлектрике выделяется тепловые потери, его температура повышается, увеличиваются потери и процесс продолжается до тех пор, пока диэлектрик не оплавиться или произойдет его обугливание (в зависимости от того термопластичный или термореактивный материал) и его собственная электрическая прочность упадет до такой величины, что произойдет пробой диэлектрика. Тепловой пробой, так же как и электрический может быть местным. Если удельная активная проводимость диэлектрика мала и температурный коэффициент Т_к невелик, то при хороших условиях отвода тепла в окружающее пространство устанавливается тепловое равновесие между выделяющимся в диэлектрике теплом и его отводом в окружающую среду, и диэлектрик будет длительно работать при данном напряжении. При тепловом пробое U_пр зависит от частоты приложенного напряжения, уменьшаясь при значительных частотах и так же снижаясь при возрастании температуры.
Электромеханический пробой сопровождается механическим разрушением и образованием микротрещин под действием электрического поля и механического давления электродов.
Электрохимический пробой – вид медленно развивающегося пробоя, вызванного химическим изменением материала под действием электрического поля. Процесс этот часто связан со старением диэлектрика и является необратимым, особенно, в области дефекта.
Ионизационный пробой объясняется действием на диэлектрик химически агрессивных веществ, образующихся в газовых порах диэлектрика при частичных разрядах в газе, а также эрозией диэлектрика на границе пор ионами газа.
Пробой в газах - распространенный пробой, т.к. во многих электрических аппаратах, на линиях электропередач внешней изоляцией служит воздух или какой-нибудь газ. Пробой газов обусловлен явлениями ударной и фотонной ионизации. Электрическая прочность воздуха невелика в сравнении с жидкости и твердых диэлектриков. Явление пробоя газа зависит от степени однородности поля, в котором осуществляется пробой. Пробой газа в однородном поле - явление менее распространенное, чем пробой газа в неоднородном поле. Однородное поле получается между плоскими электродами с закругленными краями, а также между сферами при расстоянии между ними, соизмеримым с диаметром сферы. Пробой в этом случае возникает практически мгновенно по достижении напряжением значения зависящего от температуры и давления газа. Между электродами возникает искра, переходящая в дугу, если источник напряжения достаточно мощный. С помощью шарового разрядника измеряют высокое напряжение искрового разряда.
При малых расстояниях между электродами электрическая прочность воздуха значительно возрастает, т.к. при малых расстояниях между электродами разряд формируется с трудом. Электрическая прочность газа зависит от его плотности, т.е. давления (при нормальной температуре 20 ⁰С), поэтому для расчета пробивного напряжения воздуха используют формулу
U_пр = U_пр0 ,
где U_пр - пробивное напряжение при данной температуре и давлении; U_пр0 - пробивное напряжение при нормальном давлении Р = 0,1 МПа и нормальной температуре t = 20 ⁰С;  - относительная плотность воздуха, рассчитанная по формуле
 = 0,386 Р / (t + 273),
где Р - давление, Па (мм рт. столба); t - температура, °С. При нормальных условиях  = 1.
В неоднородном поле, которое создается между острием и плоскостью, в слабо неоднородном поле - между двумя остриями или проводами высоковольтных линий электропередач ( ЛЭП), между сферами при расстоянии между ними, превышающем диаметр сферы, закономерности оказываются другими. Особенностью пробоя в неоднородном э4ектрическом поле является возникновение частичного разряда в виде короны в местах наибольшей напряженности поля, достигающих критических значений; далее корона может перейти в искровой разряд и дугу, если напряжение будет возрастать. При положительной полярности электрода иглы (в системе электродов игла-плоскость) пробой происходит при более низком напряжении, чем в системе с отрицательной полярностью на игле. На высоких частотах напряжение короны почти совпадает с пробивным, в отличие от напряжения промышленной частоты.