關(guān)于絕緣材料的抗電強(qiáng)度,、擊穿場強(qiáng),、介電強(qiáng)度
絕緣材料抗電強(qiáng)度
一、強(qiáng)電場作用下絕緣材料的破壞
在強(qiáng)電場中工作的絕緣材料,,當(dāng)所承受的電壓超越一臨界 值V穿時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)在電場中擊穿現(xiàn)象相當(dāng)復(fù)雜,一 個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的特征(交流和直流,,高頻 和低頻,,脈沖電場等)以及器件的工作條件。
三,、擊穿形式:
1、電擊穿
在強(qiáng)電場的作用下原來處于熱運(yùn)動狀態(tài)的少數(shù)“自由電子"將沿反電場方向 定向運(yùn)動,。在其運(yùn)動過程中不斷撞擊介質(zhì)內(nèi)的離子,,同時將其部分能量轉(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)的離子電離出次級電子,,這些電子都會從電場中吸取能量 而加速,,又撞擊出第三級電子,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,,這個過程大概只需要10-7-10-8s的時間,因此 電擊穿往往是瞬息完成的,。
2,、熱擊穿
絕緣材料在電場下工作時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介質(zhì)會出現(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,,由于氣體的游離放出的熱量使器件溫度 迅速上升,變價金屬氧化物在高溫下金屬離子加速從高價還原成低價離子,, 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
• 溫度對電擊穿影響不大,;
• 對熱擊穿影響較大,,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:
五,、抗電強(qiáng)度的測量與應(yīng)用:
在特定的條件下進(jìn)行,,標(biāo)準(zhǔn)GB/T1408.1-2016;IEC60243-1:2013,;GB/T1408.2-2016,;IEC60243-2:2013;ASTM D149,;GB/T1695-2005,;規(guī)定了固體電工材料頻擊穿電壓,擊穿場強(qiáng),,耐電壓的實(shí)驗(yàn)方法,。對試樣的尺寸,電極的形狀,,加壓方式等都做了規(guī)定,。