有机硅材料测试电压击穿有哪些耐电特性？

大家在日常使用电压击穿的时候，有好多是有机硅材料，那么有哪些耐电特性？下面我来为大家解答一下:

绝缘材料击穿是在电应力作用下导致材料内部绝缘性能严重损失，发生穿孔或出现碳化通道，并引起回路电流的现象。材料的电击穿特性直观反映了材料的电绝缘能力。本文搭建了有机硅凝胶工频耐电特性实验平台，研究温度对有机硅凝胶耐电特性的影响规律。实验设计依据 IEC 60243标准设计实验平台如图 10 所示，交流电压源输出电压 0～100kV，电压畸变率小于 2%，升压速率 2kV/s，升压曲线如图 10 所示。被测试品的模具容积为 200mL，电极为铜制球球电极，电极直径 13mm，电极间距 1mm。基于实验室内制备的有机硅凝胶样品，测试了不同温度下有机硅凝胶的工频耐电特性。球球电极结构下，击穿场强近似计算公式为：Ebd=Ubd/sη

式中，Ebd 为击穿场强峰值；Ubd 为击穿电压最大值；s 为气隙间距；h 为 Schwaiger 系数，对于较均匀场，n取值为 0.9。

 实验结果展示了有机硅凝胶的击穿现象及击穿通道。Ⅰ展示了发生击穿瞬间，有机硅凝胶产生强烈的光信号；Ⅱ展示了放电发生后瞬间，球球电极间产生了气泡，并且在显微镜下观察了气泡形态；击穿后的样品放置一段时间后，将进入Ⅲ状态，球球电极间的气泡变小；最终形成图 11 中Ⅳ所示的电树枝通道，此时硅凝胶丧失耐压能力。绝缘材料的击穿起始于材料内部绝缘弱点，而聚合物中的缺陷是随机分布的，因此聚合物的击

穿事件符合一定的统计规律，一般采用多个样本，可通过概率分布统计法评估聚合物的击穿电压。Weibull 分布基于弱点击穿理论构建，双参数 Weibull分布广泛应用于分析绝缘材料的击穿电压。根据Weibull 分布函数特征，有机硅凝胶的击穿电压对应于 63%累积概率处的击穿电压。Weibull 分布的累积概率函数（Cumulative Probability Function, CDF）可表示为：

式中，P 为累积概率密度分布函数；a 为 63%对应的分位数，也称为尺度参数，表示发生概率为 63%的击穿电压值；b 为度量分散程度的 Weibull 指数，也称为形状参数，表示击穿电压的变化幅度，b 越大，其击穿场强变化幅度越小；U 为有机硅凝胶的击穿电压。测试了传统脱气曲线与改进脱气曲线制备的有机硅凝胶样品在 200℃的恒温箱中处理后的击穿电压值，通过式（3）计算 Weibull 分布得出累计概率密度曲线，200℃下制备工艺对有机硅凝胶击穿电压的影响200℃下，原始制备工艺得到的有机硅凝胶样品内出现气泡，依据 Weibull 分布统计得到工频耐受电压为 31.30kV；而改进的制备工艺得到的有机硅凝胶样品在 200℃下未见气泡，工频耐受电压为35.34kV。对比两种制备工艺获得的有机硅凝胶样品，改进的制备工艺使得有机硅凝胶样品在 200℃下耐压能力提升了 12.9%。

     为获得温度对有机硅凝胶耐压特性的影响规律，测试了不同温度下有机硅凝胶的工频击穿电压，依据式（3）计算 Weibull 分布，得出每个温度点下的累计概率密度曲线如图 13 所示。不同温度下有机凝胶的 Weibull 分布参数见表 2。

     根据 Weibull 分布统计结果，获得了不同温度下，有机硅凝胶的击穿场强，如图 14 所示。从图14 可知，温度对有机硅凝胶的绝缘性能有重要影响，随着温度升高，23～80℃之间，有机硅凝胶的击穿场强有所降低，但降低程度较小；当温度达到120℃左右时，有机硅凝胶的击穿场强明显下降；当温度达到 200℃时，有机硅凝胶的击穿场强只有约常温下的一半。