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關(guān)于絕緣材料的抗電強(qiáng)度、擊穿場(chǎng)強(qiáng)、介電強(qiáng)度

閱讀:6370        發(fā)布時(shí)間:2022-12-5

絕緣材料抗電強(qiáng)度

一、強(qiáng)電場(chǎng)作用下絕緣材料的破壞

在強(qiáng)電場(chǎng)中工作的絕緣材料,當(dāng)所承受的電壓超越一臨界 V穿時(shí)便喪失了絕緣材料性能而被擊穿,這種現(xiàn)象稱為 電介質(zhì)的擊穿,V穿稱為擊穿電壓。

采用相應(yīng)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)來比較各種材料的耐擊穿能力,材料所能承受的最大電場(chǎng)強(qiáng)度稱為材料的抗電強(qiáng)度或介電強(qiáng)度, 其數(shù)值等于相應(yīng)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)(V/m):

E穿 =V穿/d

二、影響材料擊穿電壓的因素:

材料本身的性質(zhì):固體介質(zhì)的擊穿同時(shí)伴隨著材料的破壞,而氣體及液體介質(zhì)被擊穿后,隨著外 電場(chǎng)的撤銷仍然能恢復(fù)材料性能。

外界因素:試樣和電極的形狀、外界的媒介、溫 度、壓力等。

電介質(zhì)的擊穿形式:介質(zhì)在電場(chǎng)中擊穿現(xiàn)象相當(dāng)復(fù)雜,一 個(gè)器件的擊穿可能有多種擊穿形式,主要有: 

電擊穿

熱擊穿

化學(xué)擊穿

對(duì)于任意一種材料,這3種形式的擊穿都可能發(fā)生,主要 取決于試樣的缺陷情況及電場(chǎng)的特征(交流和直流,高頻 和低頻,脈沖電場(chǎng)等)以及器件的工作條件。

三、擊穿形式:

1、電擊穿

在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下原來處于熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的少數(shù)“自由電子"將沿反電場(chǎng)方向 定向運(yùn)動(dòng)。在其運(yùn)動(dòng)過程中不斷撞擊介質(zhì)內(nèi)的離子,同時(shí)將其部分能量轉(zhuǎn) 給這些離子,當(dāng)外加電壓足夠高是,自由電子定向運(yùn)動(dòng)的速度超過一定臨 界值可使介質(zhì)內(nèi)的離子電離出次級(jí)電子,這些電子都會(huì)從電場(chǎng)中吸取能量 而加速,又撞擊出第三級(jí)電子,連鎖反應(yīng)將造成大量自由電子形成 “雪 崩" ,導(dǎo)致介質(zhì)的擊穿,這個(gè)過程大概只需要107108s的時(shí)間,因此 電擊穿往往是瞬息完成的。

2、熱擊穿

絕緣材料在電場(chǎng)下工作時(shí)由于各種形式的損耗,部分電 能轉(zhuǎn)變成熱能,使介質(zhì)被加熱,若器件內(nèi)部產(chǎn)生的熱量 大于器件散發(fā)出去的熱量,則熱量就在器件內(nèi)部積聚, 使器件溫度升高,升溫的結(jié)果進(jìn)一步增大損耗,使發(fā)熱 量進(jìn)一步增多,這樣惡性循環(huán)的結(jié)果使器件溫度不斷上 升,當(dāng)溫度超過一定限度時(shí)介質(zhì)會(huì)出現(xiàn)燒裂、熔融等現(xiàn) 象而喪失絕緣能力,這就是介質(zhì)的熱擊穿。

3、化學(xué)擊穿

長期運(yùn)行在高溫、潮濕、高電壓或腐蝕性氣體環(huán)境 下的絕緣材料往往會(huì)發(fā)生化學(xué)擊穿,化學(xué)擊穿和材 料內(nèi)部的電解、腐蝕、氧化、還原、氣孔中氣體電 離等一系列不可逆變化有很大的關(guān)系,而且需要相

當(dāng)長時(shí)間,材料被“老化" ,逐漸喪失絕緣性能, 最后導(dǎo)致被擊穿而破壞。

化學(xué)擊穿的機(jī)理:

1)在直流和低頻交變電壓下,由于離子式電導(dǎo)引起電解過程,材料中發(fā) 生電還原作用,使材料的電導(dǎo)損耗急劇上升,最后由于強(qiáng)烈發(fā)熱成為熱化 學(xué)擊穿;

2)當(dāng)材料中存在著封閉氣孔時(shí),由于氣體的游離放出的熱量使器件溫度 迅速上升,變價(jià)金屬氧化物在高溫下金屬離子加速從高價(jià)還原成低價(jià)離子, 甚至還原成金屬原子,使材料電子式電導(dǎo)大大增加,電導(dǎo)的增加反過來又 使器件強(qiáng)烈發(fā)熱,導(dǎo)致最終擊穿。

四、影響抗電強(qiáng)度的因素:

1)溫度

溫度對(duì)電擊穿影響不大;

對(duì)熱擊穿影響較大,溫度升高使材料的漏導(dǎo)電流增大,損耗增大,發(fā)熱量增 加,促進(jìn)了熱擊穿的產(chǎn)生;

環(huán)境的溫度升高使器件內(nèi)部的熱量不容易散發(fā),進(jìn)一步加大了熱擊穿傾向。

溫度升高使材料的化學(xué)反應(yīng)加速,促使材料老化,加快了化學(xué)擊穿的進(jìn)程。

2)頻率

頻率對(duì)熱擊穿有很大的影響,在一般情況下,如果其他條件不變,則E穿與 頻率w的平方根成反比,即:

image.png 

五、抗電強(qiáng)度的測(cè)量與應(yīng)用:

在特定的條件下進(jìn)行,標(biāo)準(zhǔn)GB/T1408.1-2016;IEC60243-12013GB/T1408.2-2016;IEC60243-22013;ASTM D149;GB/T1695-2005規(guī)定了固體電工材料頻擊穿電壓,擊穿場(chǎng)強(qiáng),耐電壓的實(shí)驗(yàn)方法。對(duì)試樣的尺寸,電極的形狀,加壓方式等都做了規(guī)定。



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