關於絕緣材料的抗電強度·₪▩₪│、擊穿場強·₪▩₪│、介電強度

絕緣材料抗電強度

一·₪▩₪│、強電場作用下絕緣材料的破壞

在強電場中工作的絕緣材料│₪•·，當所承受的電壓超越一臨界 值V穿時便喪失了絕緣材料效能而被擊穿│₪•·，這種現象稱為 電介質的擊穿│₪•·，V穿稱為擊穿電壓╃☁·。

• 採用相應的擊穿場強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度稱為材料的抗電強度或介電強度│₪•·， 其數值等於相應的擊穿場強（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▩•₪：固體介質的擊穿同時伴隨著材料的破壞│₪•·，而氣體及液體介質被擊穿後│₪•·，隨著外 電場的撤銷仍然能恢復材料效能╃☁·。

• 外界因素▩•₪：試樣和電極的形狀·₪▩₪│、外界的媒介·₪▩₪│、溫 度·₪▩₪│、壓力等╃☁·。

電介質的擊穿形式▩•₪：介質在電場中擊穿現象相當複雜│₪•·，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

• 化學擊穿

對於任意一種材料│₪•·，這3種形式的擊穿都可能發生│₪•·，主要 取決於試樣的缺陷情況及電場的特徵（交流和直流│₪•·，高頻 和低頻│₪•·，脈衝電場等）以及器件的工作條件╃☁·。

三·₪▩₪│、擊穿形式▩•₪：

1·₪▩₪│、電擊穿

在強電場的作用下原來處於熱運動狀態的少數“自由電子"將沿反電場方向 定向運動╃☁·。在其運動過程中不斷撞擊介質內的離子│₪•·，同時將其部分能量轉 給這些離子│₪•·，當外加電壓足夠高是│₪•·，自由電子定向運動的速度超過一定臨 界值可使介質內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│₪•·，連鎖反應將造成大量自由電子形成 “雪 崩" │₪•·，導致介質的擊穿│₪•·，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於各種形式的損耗│₪•·，部分電 能轉變成熱能│₪•·，使介質被加熱│₪•·，若器件內部產生的熱量 大於器件散發出去的熱量│₪•·，則熱量就在器件內部積聚│₪•·， 使器件溫度升高│₪•·，升溫的結果進一步增大損耗│₪•·，使發熱 量進一步增多│₪•·，這樣惡性迴圈的結果使器件溫度不斷上 升│₪•·，當溫度超過一定限度時介質會出現燒裂·₪▩₪│、熔融等現 象而喪失絕緣能力│₪•·，這就是介質的熱擊穿╃☁·。

3·₪▩₪│、化學擊穿

長期執行在高溫·₪▩₪│、潮溼·₪▩₪│、高電壓或腐蝕性氣體環境 下的絕緣材料往往會發生化學擊穿│₪•·，化學擊穿和材 料內部的電解·₪▩₪│、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係│₪•·，而且需要相

當長時間│₪•·，材料被“老化" │₪•·，逐漸喪失絕緣效能│₪•·， 最後導致被擊穿而破壞╃☁·。

化學擊穿的機理▩•₪：

（1）在直流和低頻交變電壓下│₪•·，由於離子式電導引起電解過程│₪•·，材料中發 生電還原作用│₪•·，使材料的電導損耗急劇上升│₪•·，最後由於強烈發熱成為熱化 學擊穿；

（2）當材料中存在著封閉氣孔時│₪•·，由於氣體的遊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│₪•·，使材料電子式電導大大增加│₪•·，電導的增加反過來又 使器件強烈發熱│₪•·，導致最終擊穿╃☁·。

四·₪▩₪│、影響抗電強度的因素▩•₪：

（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電流增大│₪•·，損耗增大│₪•·，發熱量增 加│₪•·，促進了熱擊穿的產生；

• 環境的溫度升高使器件內部的熱量不容易散發│₪•·，進一步加大了熱擊穿傾向╃☁·。

• 溫度升高使材料的化學反應加速│₪•·，促使材料老化│₪•·，加快了化學擊穿的程序╃☁·。

（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·₪▩₪│、抗電強度的測量與應用▩•₪：

在特定的條件下進行│₪•·，標準GB/T1408.1-2016；IEC60243-1▩•₪：2013；GB/T1408.2-2016；IEC60243-2▩•₪：2013；ASTM D149；GB/T1695-2005；規定了固體電工材料頻擊穿電壓│₪•·，擊穿場強│₪•·，耐電壓的實驗方法╃☁·。對試樣的尺寸│₪•·，電極的形狀│₪•·，加壓方式等都做了規定╃☁·。