При эксплуатации скважин установками электрических центробежных насосов (УЭЦН) значительная доля непроизводственных потерь и снижения объема добычи нефти связана с надежностью погружных электродвигателей (ПЭД) и его системы электропривода [1]. До 11% отказов ПЭД обусловлено износом и пробоем изоляции его обмоток [2] вследствие воздействия внутренних и внешних перенапряжений [3, 4].
У твердых изоляционных материалов различают три основных механизма пробоя: тепловой, электрический и электрохимический.
Тепловой пробой возникает, когда количество тепловой энергии, выделяющейся в изоляции за счет диэлектрических потерь, превышает то количество энергии, которое может рассеиваться в данных условиях, при этом нарушается тепловое равновесие, а процесс приобретает лавинообразный характер. Пробивное напряжение, обусловленное нагревом изоляции, связано с частотой напряжения, условиями охлаждения и температурой окружающей среды. Типичными признаками теплового пробоя является экспоненциальное уменьшение пробивного напряжения с ростом температуры окружающей среды, а также снижение электрической прочности.
Электрический пробой не обусловлен тепловой энергией и является по своей природе чисто электронным процессом, когда из немногих начальных электронов в твердом теле создается электронная лавина. Развитие лавин сопровождается фотоионизацией, которая ускоряет образование проводящего канала. Ускоренные полем электроны при столкновениях передают свою энергию узлам решетки и разогревают ее вплоть до плавления. В разрядном канале создается значительное давление, которое может привести к появлению трещин или полному разрушению изоляции. Электрический пробой наблюдается у большинства типов изоляционных материалов при кратковременных (импульсных) воздействиях напряжения.
Электрохимический пробой изоляции развивается при повышенных температурах и высокой влажности воздуха (окружающей среды). Для развития электрохимического пробоя требуется длительное время, поскольку он связан с явлением электропроводности и, следовательно, не является определяющим при импульсных воздействиях.