Немногие из технических устройств обладают такими почти биологическими способностями, как самовосстановление работоспособности. Пожалуй, кроме конденсаторов можно назвать лишь селеновые вентили, которые ранее использовались для создания выпрямительных устройств, были способны восстанавливать запирающий слой после пробоя.
Таким же свойством самовосстановления обладают некоторые типы конденсаторов.
Конденсаторы с металлизированными обкладками восстанавливают электрическую прочность диэлектрика после пробоя.
В зоне пробоя ток короткого замыкания достигает максимальной плотности и испаряет (выжигает) тонкий слой металла в окрестности этой зоны. Электрическая дуга увеличивает свою длину и гаснет, так как в зоне пробоя давление возрастает за счет газообразных продуктов разложения вещества диэлектрика и пропитки. Вокруг места пробоя образуется свободный от металла обкладок участок диэлектрика малой площади — от долей до десятков квадратных миллиметров
Этот процесс происходит за короткое время — порядка 10-5 с. Выделяющаяся при этом энергия не вызывает существенного повреждения диэлектрика, лишь в месте пробоя остается тонкое отверстие диаметром в единицы или десятки микрометра.
Таким образом, тонкие (менее 0,1 мкм) обкладки играют роль предохранителя, отключающего поврежденный участок диэлектрической системы. При этом емкость конденсатора почти не меняется.
Металло-бумажные конденсаторы
Расчеты и эксперименты показывают, что емкость металлобумажного конденсатора С = 1,5 мкФ уменьшается на 1% лишь после 105 пробоев (актов самовосстановления).
Пленочные конденсаторы с металлизированными обкладками более чувствительны к самовосстановлению и выходят из строя значительно раньше.
При каждом пробое ликвидируется наиболее слабое место, где была пониженная электрическая прочность или сконцентрировано электрическое поле. Поэтому для следующего пробоя требуется несколько большее напряжение.
Пробой может возникнуть под действием рабочего напряжения из-за снижения электрической прочности диэлектрика в результате старения или же вследствие перенапряжений во время эксплуатации.
Качественное самовосстановление достигается путем подбора материала обкладок, их толщины, формы и технологического режима нанесения слоя металлизации.
С помощью специального рисунка обкладок обеспечивается оптимальное сопротивление, достаточно низкое для рабочих токов и повышенное току короткого замыкания при пробое. Такие конструкции, впрочем, вызывают удорожание конденсаторов.
"Самозалечивание" дефектных мест наблюдается также в конденсаторах с оксидными диэлектриками.
Танталовые конденсаторы
В оксидно-полупроводниковых конденсаторах слой диэлектрика уже при производстве образуется с рядом дефектов: сквозные поры, локальные утоньшения и т.д. Такие дефекты могут возникать и при эксплуатации в результате различных физико-химических явлений.
В дефектных местах под действием рабочего напряжения протекают повышенные токи утечки, приводящие к разогреву этих мест.
Под действием электрического поля и повышенной температуры возникает перенос атомов металла анода (например, тантала в танталовых оксидно-полупроводниковых конденсаторах) и окисление этого металла кислородом, "поставщиком" которого при нагреве служит слой твердого электролита (двуокись марганца). Наращивается слой диэлектрика в дефектном месте, и оно "залечивается".
Последние исследования показали, что при "залечивании" важную роль играет влага — она способствует "самозалечиванию".
Явления самовосстановления и "самозалечивания" используются для повышения надежности работы конденсаторов путем предварительной тренировки их в специальных режимах по напряжению и температуре.
