绝缘材料的抗电强度

9. 6 绝缘材料的抗电强度
第9章 电学性质
影响材料击穿电压的因素: 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 材料本身的性质: 料的破坏,而气体及液体介质被击穿后, 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. 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 外界因素:试样和电极的形状,外界的媒介, 压力等. 度,压力等.
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第9章 电ຫໍສະໝຸດ Baidu性质
3,化学击穿
长期运行在高温,潮湿, 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, 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 料内部的电解,腐蚀,氧化,还原, 离等一系列不可逆变化有很大的关系, 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, 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. 最后导致被击穿而破坏.
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第9章 电学性质
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" 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, 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, 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, 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, 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 的时间, 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 导致介质的击穿,这个过程大概只需要 的时间 此电击穿往往是瞬息完成的. 此电击穿往往是瞬息完成的.
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第9章 电学性质
一,强电场作用下绝缘材料的破坏 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 在强电场中工作的绝缘材料, 时便丧失了绝缘材料性能而被击穿, 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, 称为击穿电压. 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 采用相应的击穿场强来比较各种材料的耐击穿能力, 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, 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( 其数值等于相应的击穿场强(V/m): ) E穿 =V穿/d
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第9章 电学性质
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 )在直流和低频交变电压下,由于离子式电导引起电解过程, 生电还原作用,使材料的电导损耗急剧上升, 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; 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 )当材料中存在着封闭气孔时, 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, 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, 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. 使器件强烈发热,导致最终击穿.
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2,热击穿
绝缘材料在电场下工作时由于各种形式的损耗, 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, 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, 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, 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 当温度超过一定限度时介质会出现烧裂, 象而完全丧失绝缘能力,这就是介质的热击穿. 象而完全丧失绝缘能力,这就是介质的热击穿. 介质的热击穿
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第9章 电学性质
三,影响抗电强度的因素
(1)温度 ) 温度对电击穿影响不大; 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 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, 促进了热击穿的产生; 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. 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. 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 频率对热击穿有很大的影响,在一般情况下,如果其他条件不变, 频率w的平方根成反比 的平方根成反比, 频率 的平方根成反比,即:
E穿 =
A w
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四.抗电强度的测量与应用
在特定的条件下进行,国标 在特定的条件下进行,国标GB1408-78规定 - 规定 了固体电工材料频击穿电压,击穿场强,耐电压 了固体电工材料频击穿电压,击穿场强, 的实验方法.对试样的尺寸,电极的形状, 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. 方式等都做了规定.
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第9章 电学性质
电介质的击穿形式:介质在电场中击穿现象相当复杂, 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: 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, 种形式的击穿都可能发生, 对于任意一种材料,这3种形式的击穿都可能发生,主要 种形式的击穿都可能发生 取决于试样的缺陷情况及电场的特征(交流和直流, 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. 和低频,脉冲电场等)以及器件的工作条件.
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