Как изолятор внезапно становится проводником
В обычных условиях стекло, керамика или пластик плохо проводят ток: их электроны связаны с атомами и не могут свободно перемещаться. Но изолятор не обладает бесконечной прочностью. Если напряжение достаточно велико, электрическое поле внутри материала становится настолько сильным, что начинает освобождать электроны.
От первых электронов к пробою
Освободившийся электрон ускоряется полем и сталкивается с атомами. При достаточно энергичном столкновении он может выбить новые электроны. Те тоже разгоняются и создают следующие столкновения. Возникает лавинообразный процесс: в материале быстро появляется множество подвижных зарядов, и через него проходит ток. Это и называют электрическим пробоем.
Напряжение, при котором пробой начинается, зависит не только от названия материала. Важны его толщина, структура, влажность, загрязнения и форма поверхности. Трещина или острый выступ может усилить поле в отдельной точке — там пробой начнётся раньше, чем в остальной части изолятора.
Почему пробой опасен для оборудования
Ток нагревает материал, а нагрев способен повредить его структуру. Иногда после этого изолятор уже не возвращается к прежнему состоянию: в нём остаётся проводящий след, и следующему разряду легче пройти тем же путём. Поэтому изоляцию рассчитывают с запасом, а её поверхность защищают от влаги и загрязнений.
В воздушном промежутке пробой часто выглядит как искра или молния: ток на короткое время проходит по образовавшемуся проводящему каналу. В твёрдом изоляторе повреждение может остаться незаметным снаружи, но именно оно определит, выдержит ли материал следующее высокое напряжение.
