Достаточно длительное воздействие напряжения вызывает выделение тепла внутри диэлектрика, что приводит к снижению пробивного напряжения. Такое явление называется тепловым пробоем.
Через диэлектрик под действием переменного напряжения протекает емкостный ток (ток смещения) /с и активный ток /а, обусловленный диэлектрическими потерями. Отношение /а//с= tg6 — коэффициент диэлектрических потерь изоляции. В газовых изоляциях при докоронных напряжениях tg б практически равен нулю. Для твердых и жидких диэлектриков tg б находится в пределах 0,01 — 0,03 (при 7,= 20°С). С ростом температуры tg б увеличивается, а пробивное напряжение снижается.
В отличие от электрического пробоя тепловой пробой является проявлением температурной неустойчивости на молекулярном уровне.
Величина tg6 является основным показателем электрической прочности диэлектрика в отношении теплового пробоя. При увлажнении диэлектрика tg6 резко повышается. Поэтому увлажнение является наиболее вероятной причиной теплового пробоя. По мере повышения температуры снижается пробивное напряжение, однако такая зависимость существует и при электрическом пробое.
Основной особенностью теплового пробоя является медленное развитие, так как этот процесс развивается по мере разогрева диэлектрика под действием приложенного напряжения. С увеличением напряжения выше пробивного время пробоя снижается, но даже в худших условиях происходит в течение нескольких минут. При напряжении, близком к пробивному, развитие пробоя происходит в течение часов. Как правило, тепловой пробой возникает в области, в которой плохо отводится тепло. Электрический же пробой возникает в области максимальной напряженности поля на краях электродов.
Следует отметить, что тепловой пробой, так же как и электрический, имеет электрическую природу. Происходит тепловой пробой, когда температура диэлектрика достигает значения, при котором в нем образуется электропроводящий канал.