絕緣套管介電擊穿強度/電氣強度試驗機

電介質(zhì)的擊穿特性

固體電介質(zhì)的擊穿就是在電場作用下伴隨著熱、化學(xué)、力等等的作用而喪失其絕緣性能的現(xiàn)象

當(dāng)施加于電介質(zhì)的電場增大到相當(dāng)強時，電介質(zhì)的導(dǎo)電就不服從歐姆定律了，實驗表明，電介質(zhì)在強電場下的電流密度按指數(shù)規(guī)律隨電場強度增加而增加，當(dāng)電場進(jìn)一步增加到某個臨界值時，電介質(zhì)的導(dǎo)電突然劇增，電介質(zhì)便由絕緣狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)，這一躍變現(xiàn)象稱為電介質(zhì)的擊穿。

介質(zhì)發(fā)生擊穿時，通過介質(zhì)的電流 劇烈地增加，通常以介質(zhì)伏安特性斜率 趨向于∞作為擊穿發(fā)生的標(biāo)志。發(fā)生擊 穿時的臨界電壓稱為電介質(zhì)的擊穿電壓， 相應(yīng)的電場強度稱為電介質(zhì)的擊穿場強。

電介質(zhì)的擊穿特性:

固體電介質(zhì)的擊穿中，常見的有熱擊穿、電擊穿和不均勻介質(zhì)局部放電引起的擊穿等形式。

電擊穿是在較低溫度下，采用了消防邊緣效應(yīng)的電極裝置等嚴(yán)格控制的條件下，進(jìn)行擊穿實驗時所觀察到的一種擊穿現(xiàn)象。電擊穿的主要特征是：擊穿場強高；在一定溫度范圍內(nèi)，擊穿場強隨溫度升高二增大，或變化不大。均勻電場中電擊穿場強反映了固體介質(zhì)耐受電場作用能力的最大限度，它僅與材料的化學(xué)組成及性質(zhì)有關(guān)，是材料的特性參數(shù)之一，所以通常稱之為耐電強度或電氣強度。本征擊穿

熱擊穿是由于電介質(zhì)內(nèi)部熱不穩(wěn)定過程所造成的。當(dāng)固體電介質(zhì)加上電場時，電介質(zhì)中發(fā)生的損耗將引起發(fā)熱，使介質(zhì)溫度升高。電介質(zhì)的熱擊穿不僅與材料的性能有關(guān)，還在很大程度上與絕緣結(jié)構(gòu)（電極的配置與散熱條件）及電壓種類、環(huán)境溫度等有關(guān)，因此熱擊穿強度不能看作是電介質(zhì)材料的本征特性參數(shù)。非本征擊穿

不均勻（局部放電）擊穿是指包括固體液體或氣體組合構(gòu)成的絕緣結(jié)構(gòu)中的一種擊穿形式。不均勻材料的擊穿往往是從耐電強度低的氣體開始，表現(xiàn)為局部放電，然后或快或慢的隨時間發(fā)展至固體介質(zhì)劣化損傷逐步擴(kuò)大，致使介質(zhì)擊穿。

與氣體、液體相比較，固體介質(zhì)的擊穿場強較高，但固體介質(zhì)擊穿后材料中留下有不能恢復(fù)的痕跡，如燒焦或融化的通道、裂縫等，即使去掉外施電壓，也不像氣體、液體介質(zhì)那樣能自行恢復(fù)絕緣性能。

固體電介質(zhì)擊穿的特點：

固體介質(zhì)的擊穿強度比氣體和液體介質(zhì)較高，約比氣體高兩個數(shù)量級，比液體高一個數(shù)量級：

固體通?？偸窃跉怏w或液體環(huán)境媒質(zhì)中，對固體進(jìn)行擊穿試驗時，擊穿往往發(fā)生在擊穿強度比較低的氣體或液體環(huán)境媒質(zhì)中，這種現(xiàn)象稱邊緣效應(yīng)。

固體介質(zhì)的擊穿一般時破壞性的，擊穿后在試樣中留下貫穿的孔道、裂紋等不可恢復(fù)的痕跡。

1、電擊穿

當(dāng)固體電介質(zhì)承受的電壓超過一定數(shù)值V_B時，就使用其中相當(dāng)大的電流通過，使介質(zhì)喪失絕緣性能，這個過程就是電擊穿。

擊穿場強：E_B=V_B/d

E_B被認(rèn)為是介質(zhì)承受電場作用力的一種量度，是材料介電特性之一。

從宏觀看，擊穿場強約100MV/m,是相當(dāng)大的；但從微觀來看，約10^-2V/A，是很低的。這說明擊穿不是由于電場對原子直接作用導(dǎo)致的，而是一種集體現(xiàn)象。

通常當(dāng)電場接近擊穿場強時，材料中的電流主要是電子型的。

其擊穿機制主要有：碰撞電離理論和雪崩理論，還有齊納擊穿或稱隧道擊穿。

電擊穿理論1：碰撞電離理論（主要）

在碰撞電離理論中，碰撞機制一般應(yīng)考慮電子和聲子的碰撞，同時也應(yīng)該計及雜 質(zhì)和缺陷對自由電子的散射。若外加電場足夠高，當(dāng)自由電子在電場中獲得的能量 超過失去的能量時，自由電子便可在每次碰撞后積累起能量，最后發(fā)生電擊穿。

電擊穿理論2：雪崩理論（主要）

雪崩理論是在電場足夠高時，自由電子從電場中獲得的能量在每次碰撞后都能產(chǎn) 生一個自由電子。因此往n次碰撞后就有2n個自由電子，形成雪崩或倍增效應(yīng)。這些 電子一方面向陽極遷移，一方面擴(kuò)散，因而形成一個圓柱形空間，當(dāng)雪崩或倍增效 應(yīng)貫穿兩電極時，則出現(xiàn)擊穿。

其他電擊穿理論：隧道擊穿 當(dāng)外電場足夠高時，由于量子力學(xué)的隧道效應(yīng)，禁帶電子就可能進(jìn)入導(dǎo)帶。在強 場作用下，自由電子被加速，引起電子碰撞電離。這種電子雪崩過程同樣引起很大 的電流，但這并不導(dǎo)致晶體的破壞。導(dǎo)致晶體擊穿的原因是由于隧道電流的增加， 晶體局部溫度提高，致使晶體局部熔融而破壞。這個機理首先由齊納提出的，因此 稱為齊納擊穿。

一些因素對固體電介質(zhì)擊穿場強的影響：

① 固體介質(zhì)的擊穿場強往往取決于材料的均勻性；

② 大部分材料在交變電場下的擊穿場強低于直流下的擊穿場強。在高頻下由 于局部放電的加劇，使得擊穿場強下降得更歷害，并且材料的介電常數(shù)越 大，擊穿場強下降得越多；

③ 無機電介質(zhì)在高頻下的擊穿往往具有熱的特征，發(fā)生純粹電擊穿的情況并 不多見；

④ 在室溫附近，高分子電介的擊穿場強往往比陶瓷等無機材料要大，并且極 大性高聚物的擊穿場強常常要比非極性的大；

⑤ 在軟化溫度附近，熱塑性高聚物的擊穿場強急劇下降；

2、熱擊穿

當(dāng)固體電介質(zhì)在電場作用下，由電導(dǎo)和介質(zhì)損耗的產(chǎn)生的熱量超過試樣通 過傳導(dǎo)、對流和輻射所能散發(fā)的熱量時，試樣中的熱平衡就被破壞，試樣溫度 不斷上升，最終造成介質(zhì)永jiu性的熱破壞，這就是熱擊穿。

固體電介質(zhì)的熱擊穿判據(jù)：

當(dāng)發(fā)熱曲線W1與散熱直線W2相切時，切點C應(yīng)滿足以下條件：

3局部放電擊穿

局部放電就是在電場作用下，在電介質(zhì)局部區(qū)域中所發(fā)生的放電現(xiàn)象，這 種放電沒有電極之間形成貫穿的通道，整個試樣并沒有被擊穿；

如氣體的電暈、液體中氣泡放電。如陶瓷中多孔性的不均勻，氣體耐壓 小，容易出現(xiàn)弱點擊穿；

u 局部放電是脈沖性的，其過程與電暈放電相同。放電結(jié)果產(chǎn)生大量的正、 負(fù)離子，形成空間電荷，建立反電場，使氣隙中的總電場下降，放電熄滅； u 局部放電將導(dǎo)致介質(zhì)的擊穿和老化，因為局部放電除電的過程以外，還伴 隨著熱、輻射、化學(xué)和應(yīng)力作用等過程；

其他擊穿機制：

（1）  樹枝化擊穿：樹枝化是指在電場作用下，在固體電介質(zhì)中形成的一種樹枝裝氣化痕跡，樹枝是指介質(zhì)中直徑以數(shù)微米的充滿氣體的微細(xì)管子組成的通道。

（2）  電一機構(gòu)基礎(chǔ)：平板固體介質(zhì)電容器加壓后，兩極板上即充上異性電荷，極間電場為E。兩電極上異性電荷的相互作用，造成兩級間存在相互吸引。這個引力就使極間的介質(zhì)受到擠壓而發(fā)生變形。由于高聚物彈性模量?。ū忍沾刹牧系刃×康臄?shù)量級左右），容易變形，擠壓的作用使聚合物的厚度減小。如溫度有所增加，使材料場氏模量下降，從而式樣的厚度更顯著的減小，這就使電場電壓不變情況下，進(jìn)一步升高,最終導(dǎo)致?lián)舸?/span>

（3）  沿面放電：沿固體電介質(zhì)表面發(fā)生的氣體擊穿現(xiàn)象。

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