CC BY
22
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО Том 91 ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА 1956 г.
О МЕТОДИКЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОБИВНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ТВЕРДЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ В НЕОДНОРОДНОМ ПОЛЕ
А. А. ВОРОБЬЕВ, Г. А. ВОРОБЬЕВ, В. Д. КУЧИН
Опыты по пробою твердых диэлектриков в неоднородном поле часта проводятся на образцах в виде пластинок, помещенных между электродами. Такая методика имеет существенный недостаток в том, что пробою твердого диэлектрика, как правило, предшествуют разряды по поверхности образца, которые существенно влияют на пробой самого твердого диэлектрика. Вследствие этого пробивное напряжение твердых диэлектриков, пробитых в неоднородном поле, зависит от окружающей среды. В частности температурная зависимость пробивного напряжения слюды, помещенной в глицерин, имела такой же характер, как и для глицерина, а для слюды, помещенной в дистиллированную воду, температурная зависимость имела тот же характер, как и для воды [1]. Опыты по у ^
пробою пластинок твердых диэлектриков в неоднородном поле не дают истинных данных и закономерностей, характеризующих твердый диэлектрик.
40
40
"О
30
20
10
*
*
К8х
1£0 по
Энергия решетки
180 Л/асе
к кал *голь
Рис. 1. Форма образца для испытания на пробой твердых диэлектриков в неоднородном поле.
Рис. 2. Зависимость пробивного напряжения монокристаллов №С1 и КВг от энергии их кристаллической решетки при пробое в однородном поле. Вероятность пробоя ^"^ЭОН Д — выточка О. А—выточка ф; 0~~пластинка О, •—пластинка №.
Для устранения влияния окружающей среды предлагается засверливать углубления в образце твердого диэлектрика. В этом случае в месте высокой напряженности поля окружающей средой является сам твердый диэлектрик. Нами применялись образцы, изображенные на рис. 1. На рис. 2 представлена зависимость пробивного напряжения от энергии решетки
для пластинок из NaCl и КВг на импульсах при времени воздействия порядка 10~6 сек. На рис. 3 представлены данные по пробою образцов с засверленными коническими углублениями монокристаллов NaCI, KCl, КВг, KJ. Результаты опытов показывают, что образцы с засверленными коническими углублениями дают величины, характеризующие твердый диэлектрик, чего не дают опыты с пластинками. Применяя образцы с коническими углублениями, мы получили некоторые общие закономерности для монокристаллов NaCl, KCl, КВг и KJ, а также для органического стекла:
1. При времени воздействия напряжения 8' 10~8 -т- 2'10~7 сек наблюдается повышение пробивного напряжения по сравнению с большими временами, что связано с запаздыванием разряда.
2. При времени воздействия напряжения 8" 2* 10~7 сек ясно
выражен эффект полярности: при отрицательной полярности острия про-
бивное напряжение значительно больше, чем при положительной поляр-
ности острия. При больших временах (порядка 10_6 сек и больше) эффект
полярности слабо выражен.
Образцы с коническими углублениями имеют более высокое пробивное напряжение, чем пластинки. Вальтер и Инге [2] при пробое пластинок
каменной соли толщиной 2,7 мм получили следующие значения пробивного напряжения: 30 кв при положительной полярности острия и 36 кв при отрицательной полярности острия. В наших опытах с образцами с коническими углублениями при средней толщине в месте пробоя 0,7 мм, т. е. почти в 4 раза меньшей, при времени воздействия напряжения порядка 10~6 сек, когда нет еще запаздывания разряда, получены следующие значения пробивного напряжения: 40 кв при положительной полярности острия и 43 кв при отрицательной полярности острия. В опытах же с пластинками средней толщины 0,7 мм мы также получили низкие значения пробивных напряжений: 18 кв при положительной и 21 кв при отрицательной полярности острия. Видимо, снижение пробивного напряжения в опытах с пластинками связано с поверхностными разрядами.
Uпр. к8
160
Энергия решетки
Nace икал моль
Рис. 3. Зависимость пробивного напряжения монокристаллов КС], КВг и КЛ от энергии их кристаллической решетки при пробое в поле острие—плоскость, Вероятность пробоя ЧГ = 90Н.
Предлагаемая -методика испытания твердых диэлектриков на пробой в неоднородном поле позволяет проводить измерение электрической прочности твердых диэлектриков в больших толщинах. Обычная система электродов (сферическая лунка и плоскость) при электрическом пробое диэлектриков в толстом слое оказывается непригодной, так как при пробое диэлектриков в больших толщинах в равномерном поле требуются образцы чрезвычайно больших размеров. При высоких частотах большие электроды брать нельзя из-за их значительной емкости, и они неполностью устраняют корону. Для измерения электрической прочности твердых диэлектриков в толстых слоях мы применяли образец, изображенный на рис. 3 [3]. Напряжение к электроду 3 подавалось по проводнику 6, покрывавшему внутреннюю поверхность стеклянной трубки 7 (диаметром 8-^-11 мм и высотой до 400 мм), вставленной в образец. Проводник 10 присоединялся к источнику высокого напряжения. Пробой производился в воздухе. Применяя образец, изображенный на рис. 3, максимальную напряженность поля на сферической поверхности электрода (острия) 4 радиуса г подсчитывали по формуле
р _ Упр
£ Г
Для КаС1 с г = 0,09 0,115 мм и толщине слоя й = 10 17 мм на постоянном напряжении получили ипр — 62 — 96 кв, то есть 1,01ч- 1,625 мгв/см. Применяя описанный выше образец и подводящий провод, удалось избежать коронирования вплоть до пробивных напряжений. Значения электрической прочности каменной соли, определенные при пробое в толстых слоях, находятся в хорошем согласии со значениями Епр, определенными при пробое ЫаС1 в тонких слоях и однородном поле.
ЛИТЕРАТУРА
1. Воробьев А. и Приходько Н. Труды СФТИ, 4, № 3, 112—126, 1936.
2. Вальтер А. Ф. и Инге Л. Д. ЖТФ, 3, № 6, 840 — 849, 1933.
3. В о р о б ь е в А. А. и К у ч и н В. Д. Изв. Томск, политехнич. ин-та (в данном вып.), стр. 383.
Томский политехнический институт.
