絕緣材料抗電強(qiáng)度

一、強(qiáng)電場作用下絕緣材料的破壞

在強(qiáng)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(shí)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(qiáng)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(qiáng)度稱為材料的抗電強(qiáng)度或介電強(qiáng)度， 其數(shù)值等于相應(yīng)的擊穿場強(qiáng)（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(shí)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(gè)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(duì)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(qiáng)電場的作用下原來處于熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的少數(shù)“自由電子”將沿反電場方向 定向運(yùn)動(dòng)。在其運(yùn)動(dòng)過程中不斷撞擊介質(zhì)內(nèi)的離子，同時(shí)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(yùn)動(dòng)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(jí)電子，這些電子都會(huì)從電場中吸取能量 而加速，又撞擊出第三級(jí)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(gè)過程大概只需要10－7－10－8s的時(shí)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(shí)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(jìn)一步增大損耗，使發(fā)熱 量進(jìn)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(shí)介質(zhì)會(huì)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(yùn)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(huì)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(shí)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(jī)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(qiáng)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(shí)，由于氣體的游離放出的熱量使器件溫度 迅速上升，變價(jià)金屬氧化物在高溫下金屬離子加速從高價(jià)還原成低價(jià)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(qiáng)烈發(fā)熱，導(dǎo)致最終擊穿。

四、影響抗電強(qiáng)度的因素：

（1）溫度

• 溫度對(duì)電擊穿影響不大；

• 對(duì)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(jìn)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(jìn)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(jìn)程。

（2）頻率

• 頻率對(duì)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(qiáng)度的測量與應(yīng)用：

在特定的條件下進(jìn)行，標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)，耐電壓的實(shí)驗(yàn)方法。對(duì)試樣的尺寸，電極的形狀，加壓方式等都做了規(guī)定。