關(guān)于絕緣材料的抗電強度、擊穿場強,、介電強度
絕緣材料抗電強度
一,、強電場作用下絕緣材料的破壞
在強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度稱為材料的抗電強度或介電強度,, 其數(shù)值等于相應(yīng)的擊穿場強(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
在強電場的作用下原來處于熱運動狀態(tài)的少數(shù)“自由電子"將沿反電場方向 定向運動,。在其運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)果進一步增大損耗,,使發(fā)熱 量進一步增多,,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 使器件強烈發(fā)熱,導(dǎo)致最終擊穿,。
四、影響抗電強度的因素:
(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、抗電強度的測量與應(yīng)用:
在特定的條件下進行,,標準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,耐電壓的實驗方法,。對試樣的尺寸,,電極的形狀,加壓方式等都做了規(guī)定,。