Приведены результаты экспериментальных исследований электрической прочности пленки полипропилена толщиной 2 µm при импульсном нагружении образцов в субмикросекундном и микросекундном диапазонах времен. Показано, что экспериментальные данные импульсного пробоя полимерной пленки можно описать, используя представления об ионизационном механизме пробоя полимеров, не связанном с развитием в них ударной ионизации молекул. DOI: 10.21883/JTF.2017.02.44133.1907
ВведениеИзучение импульсной электрической прочности по-лимерных пленок представляет большой научный и практический интерес. Такие пленки используются в различных электротехнических устройствах в качестве изоляционных и диэлектрических слоев. В частности, они применяются в импульсных высоковольтных конден-саторах, что позволило существенно повысить рабочие характеристики этих устройств. Стремление к миниа-тюризации обусловливает необходимость использования в конденсаторах тонких полимерных пленок, толщины которых не превышают нескольких микрометров. В про-цессе эксплуатации конденсаторов пленки подвергают-ся воздействию электрических полей, напряженность которых может превышать 2−3 MV/cm. Ясно, что в столь сильных электрических полях проблемы электри-ческой прочности пленок приобретают первостепенное значение.Вопросы импульсной электрической прочности раз-личных полимерных пленок обсуждались в ряде работ. Электрические испытания проводились с использовани-ем высоковольтных импульсов различной амплитуды, формы и длительности. Это либо короткие импульсы длительностью не более 10 −7 s и протяженностью фрон-тов ∼ 1 ns [1-3], либо импульсы микросекундной (и бо-лее) длительности с существенно меньшей крутизной переднего фронта [4][5][6]. Установлено, что электрический пробой пленки происходит как на переднем фронте [4], так и на плато высоковольтных импульсов [1]. Причина наблюдаемого смещения момента пробоя с фронта на плато импульса напряжения в литературе не обсуждает-ся. В ряде работ по импульсной электрической проч-ности полимеров отмечается уменьшение пробивной напряженности на импульсах по сравнению с величиной пробивной напряженности при медленно (100−1000 V/s) возрастающем напряжении [5,7,8].Целью настоящей работы было выяснение законо-мерностей импульсного электрического пробоя пленки полипропилена (ПП) и обсуждение возможных причин его развития (механизма электрического разрушения) в субмикросекундном диапазоне времен. Используя вы-сокоскоростные методы регистрации с высоким вре-менным разрешением, предполагалось выяснить условия возникновения пробоя на фронте и плато импульса.
Методика экспериментаОбъектом исследования служила двуосноориениро-ванная пленка ПП толщиной 2 µm, которая закреплялась в специальной оправке между двумя стальными элек-тродами и помещалась в конденсаторное масло. Один из электродов (плоский) находился под потенциалом земли. На второй (сферический электрод диаметром 2 mm) подавался высоковольтный импульс отрицатель-ной полярности. Осциллограмма импульса представлена на рис. 1. Используемый в работе генератор позволял формировать импуль...