絕緣材料介電強度擊穿機理

介電強度

一、概述：

1、定義：絕緣材料或結構，在電場作用下瞬間失去絕緣特性，造成電極間短路，稱為電氣擊穿。絕緣材料或結構發生擊穿時所加的電壓稱為擊穿電壓，擊穿點的場強稱為擊穿場強。

式中：EB—擊穿場強（MV/mm）;UB—在規定試驗條件下，兩極間的擊穿電壓(MV或KV);d—兩電極間擊穿部位的距離，即試樣在擊穿部位的厚度（m或mm）

閃絡：--指高壓電器(如高壓絕緣子)在絕緣表面發生的放電現象,稱為表面閃絡,簡稱閃絡.

絕緣閃絡： 絕緣材料在電場作用下，尚未發生絕緣結構的擊穿時，在其表面或與電極接觸的空氣(離子化氣體)中發生的放電現象，稱為絕緣閃絡。

二、影響介電強度的因素：

1、電壓波形 直流、工頻正弦及沖擊電壓下，擊穿機理不同，所測的擊穿場強也不同，工頻交流電壓下的擊穿場強比直流和沖擊電壓下的低得多。

2、電壓作用時間，無論電擊穿還是熱擊穿都需要時間，隨著加壓時間的增長，擊穿電壓明顯下降。

3、電場的均勻性及電壓的極性，電場不均勻往往測得的電壓比本征擊穿值低。

4、試樣的厚度與不均勻性 試樣的厚度增加，電極邊緣電場就更不均勻，試樣內部的熱量更不易散發，試樣內部的含有缺陷的幾率增大，這些都會使擊穿場強下降。

5、環境條件  試樣周圍的環境條件，如溫度、濕度以及壓力等都會影響試樣的擊穿場強；溫度升高，通常會使擊穿場強下降；濕度增大，會使擊穿場強下降；氣壓對擊穿場強的影響，主要是對氣體而言。氣壓高，擊穿場強升高；但接近真空時，也會使擊穿場強升高。另外還有：時間、輻射、機械力、電極材料及極性效應。

三、擊穿機理：

1氣體介質擊穿

1）撞擊游離：氣體介質在電場中，由于受輻照、電能、熱能等因素的作用，總會存在少量的離子和電子。

這些帶電質點在電場中運動過程中必然和氣體的分子或原子相撞，如果帶電粒子的能量大于分子或原子的電離能，則可能由于碰撞時能量的交換而使分子或原子產生電離（即使帶電粒子的能量小于電離能，經過多次碰撞也可能使分子發生電離）。氣體分子電離之后，放出的電子又在電場中加速碰撞其它的分子或原子使之產生電離，因此電子 的總數越來越多形成電子崩。同時由于離子的質點大，速度慢，而集聚在陰極的附近，造成陰極附近的電場強度增高，使電子 不斷從陰極被拉出，源源不斷地投入氣體中，這就形成 了自持放電即氣體擊穿。這種擊穿理論是符合低氣壓短間隙（電極間的距離近）的氣體擊穿。

2）流柱理論：在長間隙、高氣壓中的放電，除了撞擊之外，形成放電發展的主要因素是光游離。在電子崩發展到一定階段后，電子崩的前部的離子復合增強，而復合時放出的光子又引起周圍氣體電離，于是又形成新的電子崩，這樣在電子崩之間呈成為電子離子的混合通道，這個混合通道稱為流柱。

3）在均勻和不均勻電場中氣體的擊穿電壓，在均勻電場中，氣體擊穿電壓與氣體起始電離電壓相近。擊穿電壓與氣體壓力和電極間的距離的乘積成相關。這種關系規律稱巴申定律。在不均勻電場中，氣體的擊穿電壓將高于氣體起始電離擊穿電壓，因電場強的地方總首先開始局部電離放電，之后才逐漸擴大放電范圍，直到放電貫穿兩電極時才發生擊穿。

2、液體介質的擊穿

1）小橋理論：在液體介質中，含有的各種雜質，如灰塵、纖維、水分等，這些雜質在電場的作用下產生極化并沿著電場方向排列起來，移向電場強度高的地方連成小橋，而使電場發生畸變。造成擊穿電場下降。2）撞擊游離 和氣體電離的理論類似。不過由于液體中分子間的距離比氣體小得多，電子在兩次碰撞間的自由行程也短得多，因此，要獲得足夠的能量就要需要更高的電場強度，這說明液體的擊穿場強比氣體高的多。

3、固體材料的電擊穿理論 固體材料的本征擊穿場強比液體材料高得多，一般在50-150兆伏/米由于固體材料聚集很緊，電子在其中的運動就不能簡單地看作單個電子與單個分子或原子相碰撞，而是受周圍許多分子或原子對它的制約。如電子通過晶格時，受晶格質點振動的影響，使運動狀態發生變化，同時也發生能量的轉移，這過程稱散射。當電子的獲得的能量大于損失的能量時，電子就不斷被加速，就會導致擊穿發生。從這點出發提出兩種最主要的電擊穿理論：其一，弗羅利赫（Frohlich）理論，另一個是希伯爾理論。此外，還有許多電擊穿理論，如場致發射擊穿理論，電機械應力破壞理論。

4、固體介質的熱擊穿理論   介質的擊穿因熱因素起決定作用的引起的破壞稱為熱擊穿。

5、局部放電導致擊穿  材料擊穿發生在局部，而沒有貫穿到兩電極之間，這種現象稱為局部放電。