Понимание пробойного напряжения изоляторов и диэлектрической прочности

Электроны в изолирующих материалах тесно связаны, делая их отличными барьерами для свободного потока электронов. Однако даже лучшие диэлектрики не могут выдерживать неограниченное напряжение. При приложении достаточно сильного электрического поля любой изолятор в конечном счете пройдет пробой, позволяя току пройти сквозь себя.

В отличие от проводников, где ток линейно возрастает с напряжением при заданном сопротивлении, зависимость тока от напряжения в изоляторах сильно нелинейна. Ниже критического порога — известного как пробойное напряжение или диэлектрическая прочность — ток практически не течет. Превышение этого порога вызывает быстрый скачок тока.

Диэлектрическая прочность — это напряжение, необходимое для заставления тока пройти через изолирующий материал, эффективно «пробивая» его. После пробоя молекулярная структура материала может измениться, и изолятор может больше не сохранять свои исходные свойства. Обычно образуется локальное пробитие в месте прохождения тока.

Толщина материала влияет на пробойное напряжение. Хотя удельная диэлектрическая прочность часто выражается в вольтах на мил (1/1000 дюйма) или киловольтах на дюйм, соотношение не строго линейно: трехкратное увеличение толщины дает чуть меньше чем утроенную диэлектрическую прочность. Для грубых оценок использование рейтинга вольт на толщину остается приемлемым.

* Материалы в списке специально подготовлены для электротехнического использования.

Ключевые выводы

• Достаточно высокое напряжение может освободить электроны из изоляторов, заставляя ток течь сквозь них.
• Минимальное напряжение, необходимое для «пробивания» изолятора, называется пробойным напряжением или диэлектрической прочностью.
• Увеличение толщины повышает пробойное напряжение при прочих равных.
• Диэлектрическая прочность обычно выражается в вольтах на мил или киловольтах на дюйм.

Связанные рабочие листы

• Рабочий лист: Проводники и изоляторы