有關絕緣材料的抗電壓擊穿強度的測試試驗主要是靠什么原理？

更新時間：2025-12-03 點擊次數：219

核心測試原理

測試的本質是模擬絕緣材料在極duan電場下的失效過程。基本原理可分為以下幾個步驟：

1. 電場施加：將試樣置于兩個特定形狀的電極之間，電極與試樣良好接觸以消除氣隙。通過高壓發生器在電極上施加電壓，從而在試樣內部建立均勻（理想情況下）或非均勻的電場。

2. 電壓爬升：按照預設的升壓方式（如快速升壓、慢速升壓或步進升壓）持續增加施加的電壓。

3. 擊穿判定：當電壓升高到某一臨界值時，材料的絕緣性能發生不可逆的破壞，表現為：

電流急劇增大（通常有設定閾值）。

試樣上出現貫穿性的導電通道（可能伴隨電弧、聲響、灼燒痕跡）。

電壓無法維持而驟降。

此時的電壓值即為擊穿電壓。

4. 強度計算：根據擊穿電壓和試樣的厚度，計算出材料的介電強度（即抗電壓擊穿強度）。

關鍵專業術語詳解

A. 核心性能術語

1. 介電強度 / 電氣強度

定義：材料能承受而不被擊穿的最da電場強度，是衡量絕緣材料抗擊穿能力的核心參數。

計算公式：Eb = Ub / d

Eb：介電強度，單位通常為千伏每毫米（kV/mm）或伏每米（V/m）。

Ub`：擊穿電壓，即發生擊穿時施加的電壓值，單位千伏（kV）或伏特（V）。

d：試樣在兩電極間的厚度，單位毫米（mm）或米（m）。

注意：它是一個強度概念，與試樣厚度有關，但理論上應是材料的本征屬性（需排除邊緣效應等）。

2. 擊穿電壓

定義：在規定的試驗條件下，導致試樣發生電氣擊穿所需的最di電壓。

3. 相對電容率 / 介電常數

定義：衡量電介質材料在電場中儲存電荷能力的物理量。在交變電場中，它會影響到材料內部的電場分布和熱效應，是分析擊穿機理的重要參數。

B. 擊穿機理術語

擊穿是復雜的物理過程，主要機理包括：

1. 本征擊穿：在強電場下，材料內部載流子（電子、離子）獲得足夠能量，通過碰撞電離產生“電子雪崩"，導致電流急劇增大而擊穿。這反映了材料在純凈、均勻狀態下的極限絕緣能力。

2. 熱擊穿：

原理：材料在交變電場中因介質損耗而產生熱量。若發熱速率大于散熱速率，材料溫度將持續升高，導致電阻下降、電流增大、發熱更劇，形成惡性循環，最終使材料局部熔化、碳化或燒毀。

影響因素：材料的損耗因數、導熱率、環境溫度、電壓頻率等。

3. 電暈放電與局部放電擊穿：

電暈放電：在不均勻電場中，電極曲率半徑較小的jian端附近，空氣或介質局部電離，產生發光、發聲的放電現象。它會產生臭氧、氮氧化物，長期作用會腐蝕和劣化絕緣材料表面。

局部放電：在材料內部缺陷（如氣泡、雜質）或界面處發生的局部、非貫穿性放電。它是絕緣老化的先兆，持續的局部放電會逐漸侵蝕絕緣通道，最終導致全擊穿。

4. 表面閃絡

定義：擊穿未發生在材料內部，而是沿著絕緣材料與空氣的界面發生放電，形成導電通道。

影響因素：表面污染、濕度、爬電距離、電場分布等。測試中需通過電極設計和環境控制來盡量避免表面閃絡，以測得真實的體擊穿強度。

C. 測試相關術語

1. 電極系統：常用有平行板電極（適用于均勻電場）、圓柱電極、球電極等。電極邊緣需倒圓角以減少邊緣場強集中。標準（如IEC 60243, ASTM D149）對電極形狀、尺寸有嚴格規定。

2. 升壓方式：

短時法：以恒定速率連續升壓直至擊穿。

步進法：以固定步長逐級升壓，每級維持一定時間。

慢速升壓法：升壓速率較慢，更易暴露熱擊穿等弱點。

3. 試驗環境：溫度、濕度對結果影響顯著，需在標準條件下進行。常在絕緣油中進行測試，以抑制表面閃絡和電暈放電，獲得更穩定、可重復的體擊穿數據。

4. 分散性：絕緣材料的擊穿數據通常具有較大的統計分散性，因此測試需要足夠多的樣本（如5-10個），并采用威布爾分布等統計方法處理數據，以得到可靠的特征擊穿強度和閾值強度。