橡胶塑料电压击穿|电气击穿强度试验仪绝缘材料抗电强度

一、强电场作用下绝缘材料的破坏

在强电场中工作的绝缘材料，当所承受的电压超越一临界 值V穿时便丧失了绝缘材料性能而被击穿，这种现象称为 电介质的击穿，V穿称为击穿电压。

• 采用相应的击穿场强来比较各种材料的耐击穿能力，材料所能承受的最大电场强度称为材料的抗电强度或介电强度， 其数值等于相应的击穿场强（V/m）：

E穿 =V穿/d

二、影响材料击穿电压的因素：

• 材料本身的性质：固体介质的击穿同时伴随着材料的破坏，而气体及液体介质被击穿后，随着外 电场的撤销仍然能恢复材料性能。

• 外界因素：试样和电极的形状、外界的媒介、温 度、压力等。

电介质的击穿形式：介质在电场中击穿现象相当复杂，一 个器件的击穿可能有多种击穿形式，主要有：

• 电击穿

• 热击穿

• 化学击穿

对于任意一种材料，这3种形式的击穿都可能发生，主要 取决于试样的缺陷情况及电场的特征（交流和直流，高频 和低频，脉冲电场等）以及器件的工作条件。

三、击穿形式：

1、电击穿

在强电场的作用下原来处于热运动状态的少数“自由电子”将沿反电场方向 定向运动。在其运动过程中不断撞击介质内的离子，同时将其部分能量转 给这些离子，当外加电压足够高是，自由电子定向运动的速度超过一定临 界值可使介质内的离子电离出次级电子，这些电子都会从电场中吸取能量 而加速，又撞击出第三级电子，连锁反应将造成大量自由电子形成 “雪 崩” ，导致介质的击穿，这个过程大概只需要10－7－10－8s的时间，因此 电击穿往往是瞬息完成的。

2、热击穿

绝缘材料在电场下工作时由于各种形式的损耗，部分电 能转变成热能，使介质被加热，若器件内部产生的热量 大于器件散发出去的热量，则热量就在器件内部积聚， 使器件温度升高，升温的结果进一步增大损耗，使发热 量进一步增多，这样恶性循环的结果使器件温度不断上 升，当温度超过一定限度时介质会出现烧裂、熔融等现 象而wan全丧失绝缘能力，这就是介质的热击穿。

3、化学击穿

长期运行在高温、潮湿、高电压或腐蚀性气体环境 下的绝缘材料往往会发生化学击穿，化学击穿和材 料内部的电解、腐蚀、氧化、还原、气孔中气体电 离等一系列不可逆变化有很大的关系，而且需要相

当长时间，材料被“老化” ，逐渐丧失绝缘性能， 最后导致被击穿而破坏。

化学击穿的机理：

（1）在直流和低频交变电压下，由于离子式电导引起电解过程，材料中发 生电还原作用，使材料的电导损耗急剧上升，最后由于强烈发热成为热化 学击穿；

（2）当材料中存在着封闭气孔时，由于气体的游离放出的热量使器件温度 迅速上升，变价金属氧化物在高温下金属离子加速从高价还原成低价离子， 甚至还原成金属原子，使材料电子式电导大大增加，电导的增加反过来又 使器件强烈发热，导致最终击穿。

四、影响抗电强度的因素：

（1）温度

• 温度对电击穿影响不大；

• 对热击穿影响较大，温度升高使材料的漏导电流增大，损耗增大，发热量增 加，促进了热击穿的产生；

• 环境的温度升高使器件内部的热量不容易散发，进一步加大了热击穿倾向。

• 温度升高使材料的化学反应加速，促使材料老化，加快了化学击穿的进程。

（2）频率

• 频率对热击穿有很大的影响，在一般情况下，如果其他条件不变，则E穿与 频率w的平方根成反比，即：

五、抗电强度的测量与应用：

在特定的条件下进行，标准GB/T1408.1-2016；IEC60243-1：2013；GB/T1408.2-2016；IEC60243-2：2013；ASTM D149；GB/T1695-2005；规定了固体电工材料频击穿电压，击穿场强，耐电压的实验方法。对试样的尺寸，电极的形状，加压方式等都做了规定。

1、击穿电压基本概念

a)      击穿电压

用连续均匀升压的方式对试样施加电压，使试样发生击穿时的电压值。或已逐渐升压的方法进行试验，试样承受住最高电压，即在该电压水平下，整个时间内试样不发生击穿。

b)     介电强度

在规定的试验条件下，击穿电压与施加电压的两电极之间距离的商，单位是KV/mm或者是MV/m.

            E=V/d

 式中：E——介电强度，KV/mm

       V击穿——击穿电压，KV

       d——试样厚度，mm

2、基本原理

介电强度测试采用连续升压或逐级升压方式升高电压。记取试样被击穿时电压值。如测试耐电压值，则当升压达到规定电压时停止升压，使电压值恒定在规定值，测试达到规定时间不被击穿的电压值。

3、测试设备：

a)      介电强度测试仪：

实验主机  控制装置  电极及试验测控分析处理测试软件等组成，其外形为：

橡胶塑料电压击穿|电气击穿强度试验仪图片

1）高压变压器   次级额定电流不小于0.03~0.1A，保证在介质被击穿瞬间不被烧坏。

2）调压变压器  本身损耗小，不发生波形畸变，能均匀的调节电压，其容量与试验变压器容量相同。

3）保护电路

4）电压测量仪器

b)      测试电极

a .电极要求表面保持光滑，清洁，无伤痕，污垢等，常见的电极有黄铜及不锈钢，退火铝箔 弹性金属片 导电粉末。

b.电极的规格尺寸应与测试试样配对。

板状试样电极D=25mm  H=25 mm  r=3mm

管状试样电极L=25mm  L=75mm

4、试验方法：

a)      试样制备与处理

 a.根据测试产品规格及测试要求，采用模塑成型或机械加工方法制备试样。与电极接触的试样两表面要平行，并且应尽可能平整光滑，试样厚度一般不小于3mm.

b.对于垂直材料表面的实验，要求试样有足够大的面积以防止试样过程中发生闪络

c.试样预处理应遵循测试材料的产品规定进行。

b)      实验条件

1）常态实验环境条件：温度为20±5，相对湿度为65±5%

2）热态实验或潮湿环境实验条件由产品标准予以规定。

3）实验媒介：介电强度试验应尽量在接近测试材料的实际使用环境的媒质中进行，同时应避免测试中发生闪络。

如果要求在高温下进行试验时，可在任何设计合理的烘箱或热的油浴中进行。

c)      实验步骤：

1）根据要求选择试样，对试样进行预处理。

2）调节环境的温湿温度并选好试验媒介。

3）测量试样厚度。

4）试样经测厚和预处理后，再用绸布蘸上对材料无任何作用的溶剂擦净表面，装入仪器内两极之间，保持良好接触，开始实验。

5）测试介电强度。

5、实验结果与报告

1）击穿的判断  在击穿时，回路的电流增加和试样两端电压下降，使断路器跳开或开熔丝烧断。

2）介电强度计算

3）实验报告  包括材料型号，名称和规格，制造厂名称；试样形状，尺寸，数量和处理条件；电极形式和尺寸；实验环境温度及湿度；测试仪器和外施电压；测量数据及计算结果。

6、影响因素与讨论

（一）试样的厚度

a.随试样厚度增加，介电强度减小。

在击穿中，既有电击穿，也有热击穿。

b.从热击穿理论来讲

试样厚度增加，散热条件变坏，促使单位厚度的击穿电压降低。

c.从电击穿理论讲

当试样较薄时，电子加速时间相应地减小，电子不易从电极上逸出，其介电强度也相应增加。

（二）升压速度

以电击穿为主的试样，升压速度的影响不大

以热击穿为主的试样，随升压速度提高而增大.

（三）电极倒角r

电极与试样接触平面边缘形成的半径r的角称为倒角。

当电极面积变化不大时，介电强度变化不大，

当电极变成半圆球状（r很大），介电强度变化较大。

边缘效应，靠边缘处场强非常大的现象。

由于边缘效应，电极边缘间的介质容易已被击穿。

而边缘处场强的大小与倒角r有关系，

一般r小，场强变大，所以，标准方法中规定ｒ＝2.5mm。

（四）试验环境

多数材料在低温下，介电强度与温度无关，

当温度升高至某个高度，介电强度随着温度升高而下降。

湿度增加，介电强度也下降。

水分进入试样，电导变大之故。

（五）试样加工

不良的加工方法会在材料中形成缺陷，

例如弱的熔接缝、气泡流线和杂质颗粒，都会使介电强度降低30～60%，降低程度随缺陷的严重程度而异。