Електричний пробій твердих діелектриків характеризується досить швидким розвитком: протікає за час не більше 10 -7 -10 -8 с. Даний вид пробою не обумовлено виділенням теплової енергії, хоча електрична міцність при електричному пробої незначно залежить від температури, і супроводжується в своїй початковій стадії руйнуванням діелектрика в дуже вузькому каналі (рис.34).
Рис.34. Залежність електричної міцності електротехнічного фарфору від температури: А - область електричного пробою; В - область теплового пробою.
Електричний пробій за своєю природою є чисто електронним процесом, коли з небагатьох початкових електронів в твердому діелектрику створюється електронна лавина. Розвиток лавин супроводжується Фотоіонізація (як в газах), яка прискорює утворення провідного каналу. Прискорені полем електрони при зіткненнях передають свою енергію елементарних частинок (молекул, іонів) в вузлах решітки і розігрівають її аж до плавлення. В розрядному каналі створюється значний тиск, який може привести до появи тріщин або повного руйнування діелектрика.
Чисто електричний пробій має місце, коли виключено вплив електропровідності і діелектричних втрат, що обумовлюють нагрівання матеріалу, а також відсутня іонізація газових включень.
На механізм пробою твердих діелектриків впливає однорідність структури матеріалу. До неоднорідним відносяться діелектрики, що мають пористу структуру, тобто містять газові включення. Для однорідних діелектриків спостерігається помітна різниця між значеннями пробивної напруги в однорідному і неоднорідному електричних полях (рис.35).
Рис.35. Залежність пробивної напруги однорідного
діелектрика (технічного скла) від товщини: 1 - однорідне електричне поле; 2 - неоднорідне електричне поле.
Це пояснюється тим, що в однорідному полі відбувається пробій діелектрика в самому слабкому місці діелектрика (наприклад, в місці наявного дефекту структури), а в неоднорідному електричному полі - в точці з максимальною напруженістю поля.
Пробивні напруги неоднорідних діелектриків, що знаходяться в зовнішньому однорідному і неоднорідному електричних полях невисокі і мало відрізняються один від одного (рис.36). Як правило, в однорідному електричному полі електрична міцність діелектрика більше, ніж в неоднорідному. Електрична міцність неоднорідного діелектрика в неоднорідному електричному полі може виявитися більше, ніж в однорідному, якщо в місці з максимальною напруженістю електричного поля виявиться найменшу кількість газових включень.
Рис.36. Залежність пробивної напруги неоднорідного діелектрика (електротехнічного фарфору) від товщини:
1 - однорідне електричне поле; 2 - неоднорідне електричне.
Для однорідних діелектриків електрична міцність практично не залежить від їх товщини: її незначне зниження при великій товщині може спостерігатися тільки при наявності дефектів структури. Для неоднорідних діелектриків зі збільшенням товщини зразка посилюється неоднорідність структури (зростає число газових включень) і знижується електрична міцність, як в однорідному, так і в неоднорідному електричних полях.
Тонкі плівки можуть мати істотно більш високою електричною міцністю, ніж масивні зразки. Це властивість отримало назву електричного зміцнення матеріалів. Його використання дозволяє підвищити надійність плівковою ізоляції мікроелектронних елементів і пристроїв, оскільки експлуатаційні значення напруженості поля в тонких плівках (100 кВ / мм) близькі до пробивним для об'ємних зразків.
Пробивна напруга залежить і від площі електродів: чим більше площа електродів, тим менше напруга пробою. Це пояснюється тим, що в неоднорідних діелектриках збільшується число газових включень, що потрапляють в електричне поле, а в однорідних - збільшується ймовірність попадання в поле дефектів структури.
При певній електричної міцності твердого діелектрика може статися пробій по поверхні діелектрика - перекриття зразка, тобто поверхневий пробій. В цьому випадку пробиваються повітря або рідина, що оточують зразок твердого діелектрика, а поверхня твердого діелектрика пошкоджується. Пошкодження, пов'язане з утворенням проводять слідів (треків) на поверхні твердого діелектрика називається трекингом. Напруга поверхневого пробою залежить від властивостей діелектрика, форми зразка і електродів, закономірностей пробою навколишнього середовища.
Для надійної роботи будь-якого електротехнічного пристрою робоча напруга електричної ізоляції повинно бути менше в кілька разів пробивної напруги (Uраб Коефіцієнт запасу електричної міцності дорівнює: Значення Uпр залежить від часу прикладання напруги: при короткочасних імпульсах пробою відбувається при великих значеннях Uпр. ніж при впливі тривалого або постійно прикладеного змінного напруги. Електрична ізоляція характеризується терміном служби. Якщо на діелектрик тривалий час впливає електричне поле високої напруженості, то це призводить до незворотних процесів, в результаті яких знижується Uпр. тобто відбувається електричне старіння ізоляції. Крива залежності Uпр від часу прикладання напруги називається кривою життя електричної ізоляції (мал.37).
Мал.37. Крива життя ізоляції
Електричний пробій спостерігається у більшості діелектриків при короткочасному (імпульсному) впливі напруги.