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影响击穿电压测试仪结果的因素

发布时间:2022-04-18      点击次数:277

一、强电场作用下绝缘材料的破坏

• 在强电场中工作的绝缘材料,当所承受的电压超越一临界 值V穿时便丧失了绝缘材料性能而被击穿,这种现象称为电介质的击穿,V穿称为击穿电压。

• 采用相应的击穿场强来比较各种材料的耐击穿能力,材料所能承受的最大电场强度称为材料的抗电强度或介电强度,其数值等于相应的击穿场强(V/m): E穿 =V穿/d

影响材料击穿电压的因素:

• 材料本身的性质:固体介质的击穿同时伴随着材料的破坏,而气体及液体介质被击穿后,随着外电场的撤销仍然能恢复材料性能。 

• 外界因素:试样和电极的形状、外界的媒介、温度、压力等。

电介质的击穿形式:介质在电场中击穿现象相当复杂,一 个器件的击穿可能有多种击穿形式,主要有: 

• 电击穿 

• 热击穿 

• 化学击穿 

对于任意一种材料,这3种形式的击穿都可能发生,主要 取决于试样的缺陷情况及电场的特征(交流和直流,高频 和低频,脉冲电场等)以及器件的工作条件。

二、击穿形式

1、电击穿 在强电场的作用下原来处于热运动状态的少数“自由电子"将沿反电场方向 定向运动。在其运动过程中不断撞击介质内的离子,同时将其部分能量转给这些离子,当外加电压足够高是,自由电子定向运动的速度超过一定临 界值可使介质内的离子电离出次级电子,这些电子都会从电场中吸取能量而加速,又撞击出第三级电子,连锁反应将造成大量自由电子形成 “雪 崩",导致介质的击穿,这个过程大概只需要10-7-10-8s的时间,因此电击穿往往是瞬息完成的。

2、热击穿

绝缘材料在电场下工作时由于各种形式的损耗,部分电能转变成热能,使介质被加热,若器件内部产生的热量大于器件散发出去的热量,则热量就在器件内部积聚,使器件温度升高,升温的结果进一步增大损耗,使发热量进一步增多,这样恶性循环的结果使器件温度不断上升,当温度超过一定限度时介质会出现烧裂、熔融等现象而完全丧失绝缘能力,这就是介质的热击穿。

3、化学击穿

长期运行在高温、潮湿、高电压或腐蚀性气体环境 下的绝缘材料往往会发生化学击穿,化学击穿和材料内部的电解、腐蚀、氧化、还原、气孔中气体电 离等一系列不可逆变化有很大的关系,而且需要相 当长时间,材料被“老化",逐渐丧失绝缘性能, 最后导致被击穿而破坏。

化学击穿的机理

(1)在直流和低频交变电压下,由于离子式电导引起电解过程,材料中发生电还原作用,使材料的电导损耗急剧上升,最后由于强烈发热成为热化学击穿; (2)当材料中存在着封闭气孔时,由于气体的游离放出的热量使器件温度迅速上升,变价金属氧化物在高温下金属离子加速从高价还原成低价离子, 甚至还原成金属原子,使材料电子式电导大大增加,电导的增加反过来又使器件强烈发热,导致最终击穿。

三、影响抗电强度的因素

(1)温度 

• 温度对电击穿影响不大; 

• 对热击穿影响较大,温度升高使材料的漏导电流增大,损耗增大,发热量增加,促进了热击穿的产生; 

• 环境的温度升高使器件内部的热量不容易散发,进一步加大了热击穿倾向。 

• 温度升高使材料的化学反应加速,促使材料老化,加快了化学击穿的进程。 

(2)频率 

• 频率对热击穿有很大的影响,在一般情况下,如果其他条件不变,则E穿与频率w的平方根成反比,即:

image.png

四、抗电强度的测量与应用

在特定的条件下进行,国标GB1408规定了固体电工材料频击穿电压,击穿场强,耐电压 的实验方法。对试样的尺寸,电极的形状,加压方式等都做了规定。


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