万喜堂彩票app下载中心 绝缘 材料抗 电 强度

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

二、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。

三、 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wan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。

四、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：

五、抗 电 强度的 测 量 与应 用：

在特定的 条 件下 进 行， 标 准 GB/T1408.1-2016 ；IEC60243-1：2013；GB/T1408.2-2016；IEC60243-2：2013；ASTM D149；GB/T1695-2005； 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。

1 、 击 穿 电压 基本 概 念

a) 击 穿 电压

用 连续 均 匀 升 压 的方式 对试样 施加 电压 ，使 试样发 生 击 穿 时 的 电压值 。或已逐 渐 升 压 的方法 进 行 试验 ， 试样 承受住最高 电压 ，即在 该电压 水平下，整 个时间内试样 不 发 生 击 穿。

b) 介电强度

在 规 定的 试验条 件下， 击 穿 电压与 施加 电压 的 两电极 之 间 距离的商， 单 位是 KV/mm 或者是MV/m.

E=V/d

式中：E——介 电 强度， KV/mm

V 击 穿—— 击 穿 电压 ， KV

d —— 试样 厚度， mm

2 、基本原理

介 电 强度 测试 采用 连续 升 压 或逐 级 升 压 方式升高 电压 。 记 取 试样 被 击 穿 时电压值 。如 测试 耐 电压值 ， 则当 升 压达 到 规 定 电压时 停止升 压 ，使 电压值 恒定在 规 定 值 ， 测试达 到 规 定 时间 不被 击 穿的 电压值 。

3 、 测试设备 ：

a) 介 电 强度 测试仪 ：

实验 主机 控制装置 电极 及 试验测 控分析 处 理 测试软 件等 组 成， 其外形 为 ：

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1 ）高 压变压 器 次 级额 定 电 流不小于 0.03~0.1A ，保 证 在介 质 被 击 穿瞬 间 不被 烧 坏。

2 ） 调压变压 器 本身 损 耗小，不 发 生波形畸 变 ，能均 匀 的 调节电压 ，其容量 与试验变压 器容量相同。

3 ）保 护电 路

4 ） 电压测 量 仪 器

b) 测试电极

a . 电极 要求表面保持光滑， 清洁 ，无 伤 痕， 污 垢等，常 见 的 电极 有 黄铜 及不 锈钢 ，退火 铝 箔 弹 性金 属 片 导电 粉末。

b. 电极 的 规 格尺寸 应与测试试样 配 对 。

板 状试样电极 D=25mm H=25 mm r=3mm

管 状试样电极 L=25mm L=75mm

4 、 试验 方法：

a) 试样 制 备与处 理

a. 根据 测试产 品 规 格及 测试 要求，采用模塑成型或机械加工方法制 备试样 。 与电极 接 触 的 试样两 表面要平行， 并 且 应尽 可能平整光滑， 试样 厚度一般不小于 3mm.

b. 对 于垂直材料表面的 实验 ，要求 试样 有足 够 大的面 积 以防止 试样过 程中 发 生 闪络

c. 试样预处 理 应 遵循 测试 材料的 产 品 规 定 进 行。

b) 实验条 件

1 ）常 态实验环 境 条 件： 温 度 为 20 ±5，相 对湿 度 为 65 ±5%

2 ） 热态实验 或潮 湿环 境 实验条 件由 产 品 标 准予以 规 定。

3 ） 实验 媒介：介 电 强度 试验应尽 量在接近 测试 材料的 实际 使用 环 境的媒 质 中 进 行，同 时应 避免 测试 中 发 生 闪络 。

如果要求在高 温 下 进 行 试验时 ，可在任何 设计 合理的烘箱或 热 的油浴中 进 行。

c) 实验 步 骤 ：

1 ）根据要求 选择试样 ， 对试样进 行 预处 理。

2 ） 调节环 境的 温湿温 度 并选 好 试验 媒介。

3 ） 测 量 试样 厚度。

4 ） 试样经测 厚和 预处 理后，再用 绸 布 蘸 上 对 材料无任何作用的溶 剂 擦 净 表面，装入 仪 器 内两极 之 间 ，保持良好接 触 ， 开 始 实验 。

5 ） 测试 介 电 强度。

5 、 实验结 果 与报 告

1 ） 击 穿的判 断 在 击 穿 时 ，回路的 电 流增加和 试样两 端 电压 下降，使 断 路器跳 开 或 开 熔 丝烧断 。

2 ）介 电 强度 计 算

3 ） 实验报 告 包括材料型 号 ，名 称 和 规 格，制造 厂 名 称 ； 试样 形 状 ，尺寸， 数 量和 处 理 条 件； 电极 形式和尺寸； 实验环 境 温 度及 湿 度； 测试仪 器和外施 电压 ； 测 量 数 据及 计 算 结 果。

6 、影 响 因素 与讨论

（一） 试样 的厚度

a. 随试样 厚度增加，介 电 强度 减 小。

在 击 穿中， 既 有 电击 穿，也有 热击 穿。

b. 从热击 穿理 论来讲

试样 厚度增加，散 热条 件 变 坏，促使 单 位厚度的 击 穿 电压 降低。

c. 从电击 穿理 论讲

当试样较 薄 时 ， 电 子加速 时间 相 应 地 减 小， 电 子不易 从电极 上逸出，其介 电 强度也相 应 增加。

（二）升 压 速度

以 电击 穿 为 主的 试样 ，升 压 速度的影 响 不大

以 热击 穿 为 主的 试样 ， 随 升 压 速度提高而增大 .

（三） 电极 倒角 r

电极与试样 接 触 平面 边缘 形成的半 径 r 的角 称为 倒角。

当电极 面 积变 化不大 时 ，介 电 强度 变 化不大，

当电极变 成半 圆 球 状 （ r 很大），介 电 强度 变 化 较 大。

边缘 效 应 ，靠 边缘处场 强非常大的 现 象。

由于 边缘 效 应 ， 电极边缘间 的介 质 容易已被 击 穿。

而 边缘处场 强的大小 与 倒角 r 有 关 系，

一般r小， 场 强 变 大，所以， 标 准方法中 规 定ｒ＝ 2.5mm 。

（四） 试验环 境

多 数 材料在低 温 下，介 电 强度 与温 度无 关 ，

当温 度升高至某 个 高度，介 电 强度 随 着 温 度升高而下降。

湿 度增加，介 电 强度也下降。

水分 进 入 试样 ， 电导变 大之故。

（五） 试样 加工

不良的加工方法 会 在材料中形成缺陷，

例如弱的熔接 缝 、 气 泡流 线 和 杂质颗 粒，都 会 使介 电 强度降低 30 ～60%，降低程度 随 缺陷的 严 重程度而 异 。