绝缘套管介电击穿强度/电气强度试验机

绝缘套管介电击穿强度/电气强度试验机

电介质的击穿特性

固体电介质的击穿就是在电场作用下伴随着热、化学、力等等的作用而丧失其绝缘性能的现象

当施加于电介质的电场增大到相当强时，电介质的导电就不服从欧姆定律了，实验表明，电介质在强电场下的电流密度按指数规律随电场强度增加而增加，当电场进一步增加到某个临界值时，电介质的导电突然剧增，电介质便由绝缘状态变为导电状态，这一跃变现象称为电介质的击穿。

介质发生击穿时，通过介质的电流 剧烈地增加，通常以介质伏安特性斜率 趋向于∞作为击穿发生的标志。发生击 穿时的临界电压称为电介质的击穿电压， 相应的电场强度称为电介质的击穿场强。

电介质的击穿特性:

固体电介质的击穿中，常见的有热击穿、电击穿和不均匀介质局部放电引起的击穿等形式。

电击穿是在较低温度下，采用了消防边缘效应的电极装置等严格控制的条件下，进行击穿实验时所观察到的一种击穿现象。电击穿的主要特征是：击穿场强高；在一定温度范围内，击穿场强随温度升高二增大，或变化不大。均匀电场中电击穿场强反映了固体介质耐受电场作用能力的最大限度，它仅与材料的化学组成及性质有关，是材料的特性参数之一，所以通常称之为耐电强度或电气强度。本征击穿

热击穿是由于电介质内部热不稳定过程所造成的。当固体电介质加上电场时，电介质中发生的损耗将引起发热，使介质温度升高。电介质的热击穿不仅与材料的性能有关，还在很大程度上与绝缘结构（电极的配置与散热条件）及电压种类、环境温度等有关，因此热击穿强度不能看作是电介质材料的本征特性参数。非本征击穿

不均匀（局部放电）击穿是指包括固体液体或气体组合构成的绝缘结构中的一种击穿形式。不均匀材料的击穿往往是从耐电强度低的气体开始，表现为局部放电，然后或快或慢的随时间发展至固体介质劣化损伤逐步扩大，致使介质击穿。

与气体、液体相比较，固体介质的击穿场强较高，但固体介质击穿后材料中留下有不能恢复的痕迹，如烧焦或融化的通道、裂缝等，即使去掉外施电压，也不像气体、液体介质那样能自行恢复绝缘性能。

固体电介质击穿的特点：

固体介质的击穿强度比气体和液体介质较高，约比气体高两个数量级，比液体高一个数量级：

固体通常总是在气体或液体环境媒质中，对固体进行击穿试验时，击穿往往发生在击穿强度比较低的气体或液体环境媒质中，这种现象称边缘效应。

固体介质的击穿一般时破坏性的，击穿后在试样中留下贯穿的孔道、裂纹等不可恢复的痕迹。

1、电击穿

当固体电介质承受的电压超过一定数值V_B时，就使用其中相当大的电流通过，使介质丧失绝缘性能，这个过程就是电击穿。

击穿场强：E_B=V_B/d

E_B被认为是介质承受电场作用力的一种量度，是材料介电特性之一。

从宏观看，击穿场强约100MV/m,是相当大的；但从微观来看，约10^-2V/A，是很低的。这说明击穿不是由于电场对原子直接作用导致的，而是一种集体现象。

通常当电场接近击穿场强时，材料中的电流主要是电子型的。

其击穿机制主要有：碰撞电离理论和雪崩理论，还有齐纳击穿或称隧道击穿。

电击穿理论1：碰撞电离理论（主要）

在碰撞电离理论中，碰撞机制一般应考虑电子和声子的碰撞，同时也应该计及杂 质和缺陷对自由电子的散射。若外加电场足够高，当自由电子在电场中获得的能量 超过失去的能量时，自由电子便可在每次碰撞后积累起能量，最后发生电击穿。

电击穿理论2：雪崩理论（主要）

雪崩理论是在电场足够高时，自由电子从电场中获得的能量在每次碰撞后都能产 生一个自由电子。因此往n次碰撞后就有2n个自由电子，形成雪崩或倍增效应。这些 电子一方面向阳极迁移，一方面扩散，因而形成一个圆柱形空间，当雪崩或倍增效 应贯穿两电极时，则出现击穿。

其他电击穿理论：隧道击穿 当外电场足够高时，由于量子力学的隧道效应，禁带电子就可能进入导带。在强 场作用下，自由电子被加速，引起电子碰撞电离。这种电子雪崩过程同样引起很大 的电流，但这并不导致晶体的破坏。导致晶体击穿的原因是由于隧道电流的增加， 晶体局部温度提高，致使晶体局部熔融而破坏。这个机理首先由齐纳提出的，因此 称为齐纳击穿。

一些因素对固体电介质击穿场强的影响：

① 固体介质的击穿场强往往取决于材料的均匀性；

② 大部分材料在交变电场下的击穿场强低于直流下的击穿场强。在高频下由 于局部放电的加剧，使得击穿场强下降得更历害，并且材料的介电常数越 大，击穿场强下降得越多；

③ 无机电介质在高频下的击穿往往具有热的特征，发生纯粹电击穿的情况并 不多见；

④ 在室温附近，高分子电介的击穿场强往往比陶瓷等无机材料要大，并且极 大性高聚物的击穿场强常常要比非极性的大；

⑤ 在软化温度附近，热塑性高聚物的击穿场强急剧下降；

2、热击穿

当固体电介质在电场作用下，由电导和介质损耗的产生的热量超过试样通 过传导、对流和辐射所能散发的热量时，试样中的热平衡就被破坏，试样温度 不断上升，最终造成介质永jiu性的热破坏，这就是热击穿。

固体电介质的热击穿判据：

当发热曲线W1与散热直线W2相切时，切点C应满足以下条件：

3局部放电击穿

局部放电就是在电场作用下，在电介质局部区域中所发生的放电现象，这 种放电没有电极之间形成贯穿的通道，整个试样并没有被击穿；

如气体的电晕、液体中气泡放电。如陶瓷中多孔性的不均匀，气体耐压 小，容易出现弱点击穿；

u 局部放电是脉冲性的，其过程与电晕放电相同。放电结果产生大量的正、 负离子，形成空间电荷，建立反电场，使气隙中的总电场下降，放电熄灭； u 局部放电将导致介质的击穿和老化，因为局部放电除电的过程以外，还伴 随着热、辐射、化学和应力作用等过程；

其他击穿机制：

（1）  树枝化击穿：树枝化是指在电场作用下，在固体电介质中形成的一种树枝装气化痕迹，树枝是指介质中直径以数微米的充满气体的微细管子组成的通道。

（2）  电一机构基础：平板固体介质电容器加压后，两极板上即充上异性电荷，极间电场为E。两电极上异性电荷的相互作用，造成两级间存在相互吸引。这个引力就使极间的介质受到挤压而发生变形。由于高聚物弹性模量小（比陶瓷材料等小量的数量级左右），容易变形，挤压的作用使聚合物的厚度减小。如温度有所增加，使材料场氏模量下降，从而式样的厚度更显著的减小，这就使电场电压不变情况下，进一步升高,最终导致击穿。

（3）  沿面放电：沿固体电介质表面发生的气体击穿现象。

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