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电击穿电压测试仪分类和特点

发表时间:2022-08-16  |  点击率:182
  1 击穿的分类和特点 :
 
  在绝缘材料上施加的电压会随着电场的不断增大而增大,此时电导突然骤增,绝缘材料会由绝缘的状态转变为导电的状态,发生的这一现象可以称为绝缘材料的击穿。而击穿是一种破坏性试验,因此会使测试的材料发生破坏。固体电介质的击穿根据介质击穿机理的不同,可以分为电击穿、热击穿以及不均匀介质击穿。
 
  (1)电击穿:在温度较低的情况下,将电极装置消除边缘效应等条件进行严格控制,在外施电场的作用下,电介质会积累大量的能量和一定数量的带电质点,这会使电介质的绝缘性能丧失,这种现象称为电击穿。电击穿是一种短时击穿,击穿场强高,范围大致在 5-15MV/cm,电场均匀程度对其影响很大。由于击穿发生的判定条件的不同,可以将电击穿理论分为本征击穿理论和雪崩击穿理论。本征电击穿理论亦称为碰撞电离理论,是指电子在强电场的作用下不断运动与晶格上的原子发生碰撞使之游离,自由电子数不断增加,电导进入不稳定阶段,击穿便开始发生。当电子数倍增到一定数值时,足够破坏电介质结构,固体发生击穿,则称为雪崩击穿。
 
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  (2)热击穿:电介质在电场作用下内部发热大于散热,介质内部热量不平衡,会使其温度过高,从而导致介质发生分解、软化、焦灼及炭化等现象,这种现象称为热击穿。热击穿的击穿 时间较长,击穿场强通常在 104-105V/cm,材料的性能、电压种类及环境温度对热击穿都有一定的影响。
 
  (3)不均匀介质击穿:此种击穿是从电气强度比较低的气体开始发展的,其表现形式为局部放电。随着时间的发展,固体电介质的劣化逐渐扩大,会使电介质发生击穿,表现形式为树枝化击穿。树枝化击穿时间较长,是一种老化破坏形式。其中树枝化包括电树枝和水树枝。树枝因局部放电而缓慢扩展,也可以在施加脉冲电压的作用下迅速发展,还可能发生在没有任何局部放电的情况下,电介质内部局部电场集中而产生的树枝称为电树枝。树枝也可能在水分的作用下,即使电场相对较低,但在电场的长期作用下产生树枝的现象,这种现象称为水树枝。
 
  依据击穿电压的时间效应,绝缘介质材料的击穿可以划分为短时击穿和长时击穿,主要是根据从开始加上电压到绝缘击穿完成所需的时间决定的,这个时间非常短,则为短时击穿。如若时间长达几小时甚至更长,则为长时击穿。
 
  短时击穿:凝聚态聚合物材料可以看作是气体经过高度压缩形成的,而气体击穿过程可以用自由体积理论和电子崩击穿这两种理论来解释,因此聚合物击穿过程用这两种理论来加以解释。一般情况下,电子崩击穿的击穿时延不到 1 纳秒,在低温时可以在聚合物材料中观察的到。已有学者通过实验验证了在低温情况下电子崩的击穿机理过程。在外加电场的作用下,聚合物中的自由电子会加速运动,获得足够的动能,与分子不断地发生碰撞,击穿场强就会有所下降。
 
  长时击穿:许多学者对绝缘材料的击穿性能进行深入研究,认为绝缘材料自身有大量的缺陷存在,缺陷会捕捉更多自由电子,这样会使自由电子数减少,不易发生碰撞电离,击穿场强便有所提高。K.C.Kao 和 D.M.Tu等人对
 
  聚合物的击穿做了大量深入的研究,并认为聚合物绝缘材料中存在大量缺陷,由于电子的平均自由行程短,发生的碰撞次数变多,陷阱易捕获自由电子,在电极附近形成负电荷区,这样会导致绝缘材料中注入的电子减少。同时电子被缺陷捕获的过程中,存在着能量的变化,电子从高能级向低能级跃迁,有一定能量的释放,这些能量会传递给其它电子,电子能量越多,越容易破坏大分子结构,这样会使材料内部产生更多载流子和陷阱,更容易发生击穿。
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