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)動狀態(tài)的少數(shù)“自由電子”將沿反電場方向 定向運(yùn)動。在其運(yùn)動過程中不斷撞擊介質(zhì)內(nèi)的離子，同時將其部分能量轉(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)的離子電離出次級電子，這些電子都會從電場中吸取能量 而加速，又撞擊出第三級電子，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，這個過程大概只需要10－7－10－8s的時間，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介質(zhì)會出現(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，由于氣體的游離放出的熱量使器件溫度 迅速上升，變價金屬氧化物在高溫下金屬離子加速從高價還原成低價離子， 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

• 溫度對電擊穿影響不大；

• 對熱擊穿影響較大，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。對試樣的尺寸，電極的形狀，加壓方式等都做了規(guī)定。