绝缘材料介电强度击穿机理

介电强度

一、概述：

1、定义：绝缘材料或结构，在电场作用下瞬间失去绝缘特性，造成电极间短路，称为电气击穿。绝缘材料或结构发生击穿时所加的电压称为击穿电压，击穿点的场强称为击穿场强。

式中：EB—击穿场强（MV/mm）;UB—在规定试验条件下，两极间的击穿电压(MV或KV);d—两电极间击穿部位的距离，即试样在击穿部位的厚度（m或mm）

闪络：--指高压电器(如高压绝缘子)在绝缘表面发生的放电现象,称为表面闪络,简称闪络.

绝缘闪络： 绝缘材料在电场作用下，尚未发生绝缘结构的击穿时，在其表面或与电极接触的空气(离子化气体)中发生的放电现象，称为绝缘闪络。

二、影响介电强度的因素：

1、电压波形 直流、工频正弦及冲击电压下，击穿机理不同，所测的击穿场强也不同，工频交流电压下的击穿场强比直流和冲击电压下的低得多。

2、电压作用时间，无论电击穿还是热击穿都需要时间，随着加压时间的增长，击穿电压明显下降。

3、电场的均匀性及电压的极性，电场不均匀往往测得的电压比本征击穿值低。

4、试样的厚度与不均匀性 试样的厚度增加，电极边缘电场就更不均匀，试样内部的热量更不易散发，试样内部的含有缺陷的几率增大，这些都会使击穿场强下降。

5、环境条件  试样周围的环境条件，如温度、湿度以及压力等都会影响试样的击穿场强；温度升高，通常会使击穿场强下降；湿度增大，会使击穿场强下降；气压对击穿场强的影响，主要是对气体而言。气压高，击穿场强升高；但接近真空时，也会使击穿场强升高。另外还有：时间、辐射、机械力、电极材料及极性效应。

三、击穿机理：

1气体介质击穿

1）撞击游离：气体介质在电场中，由于受辐照、电能、热能等因素的作用，总会存在少量的离子和电子。

这些带电质点在电场中运动过程中必然和气体的分子或原子相撞，如果带电粒子的能量大于分子或原子的电离能，则可能由于碰撞时能量的交换而使分子或原子产生电离（即使带电粒子的能量小于电离能，经过多次碰撞也可能使分子发生电离）。气体分子电离之后，放出的电子又在电场中加速碰撞其它的分子或原子使之产生电离，因此电子 的总数越来越多形成电子崩。同时由于离子的质点大，速度慢，而集聚在阴极的附近，造成阴极附近的电场强度增高，使电子 不断从阴极被拉出，源源不断地投入气体中，这就形成 了自持放电即气体击穿。这种击穿理论是符合低气压短间隙（电极间的距离近）的气体击穿。

2）流柱理论：在长间隙、高气压中的放电，除了撞击之外，形成放电发展的主要因素是光游离。在电子崩发展到一定阶段后，电子崩的前部的离子复合增强，而复合时放出的光子又引起周围气体电离，于是又形成新的电子崩，这样在电子崩之间呈成为电子离子的混合通道，这个混合通道称为流柱。

3）在均匀和不均匀电场中气体的击穿电压，在均匀电场中，气体击穿电压与气体起始电离电压相近。击穿电压与气体压力和电极间的距离的乘积成相关。这种关系规律称巴申定律。在不均匀电场中，气体的击穿电压将高于气体起始电离击穿电压，因电场强的地方总首先开始局部电离放电，之后才逐渐扩大放电范围，直到放电贯穿两电极时才发生击穿。

2、液体介质的击穿

1）小桥理论：在液体介质中，含有的各种杂质，如灰尘、纤维、水分等，这些杂质在电场的作用下产生极化并沿着电场方向排列起来，移向电场强度高的地方连成小桥，而使电场发生畸变。造成击穿电场下降。2）撞击游离 和气体电离的理论类似。不过由于液体中分子间的距离比气体小得多，电子在两次碰撞间的自由行程也短得多，因此，要获得足够的能量就要需要更高的电场强度，这说明液体的击穿场强比气体高的多。

3、固体材料的电击穿理论 固体材料的本征击穿场强比液体材料高得多，一般在50-150兆伏/米由于固体材料聚集很紧，电子在其中的运动就不能简单地看作单个电子与单个分子或原子相碰撞，而是受周围许多分子或原子对它的制约。如电子通过晶格时，受晶格质点振动的影响，使运动状态发生变化，同时也发生能量的转移，这过程称散射。当电子的获得的能量大于损失的能量时，电子就不断被加速，就会导致击穿发生。从这点出发提出两种最主要的电击穿理论：其一，弗罗利赫（Frohlich）理论，另一个是希伯尔理论。此外，还有许多电击穿理论，如场致发射击穿理论，电机械应力破坏理论。

4、固体介质的热击穿理论   介质的击穿因热因素起决定作用的引起的破坏称为热击穿。

5、局部放电导致击穿  材料击穿发生在局部，而没有贯穿到两电极之间，这种现象称为局部放电。