介電強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)有哪些理論知識(shí)

介電強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)有哪些理論知識(shí)

一、介質(zhì)在電場中的破壞 

1. 概念 

v 介質(zhì)的擊穿：外加電場強(qiáng)度超過某一臨界值時(shí)，材料中形成 或存在電荷順利通過的擊穿“隧道"，使材料破壞，介質(zhì)由 介電狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)的現(xiàn)象。 

v 介電強(qiáng)度：使介質(zhì)發(fā)生擊穿的臨界電場強(qiáng)度。

2. 電擊穿 

v 固體介質(zhì)電擊穿的碰撞理論： 

?強(qiáng)電場作用下，固體導(dǎo)帶中因冷或熱發(fā)射存在一些電子， 這些電子被加速，獲得動(dòng)能； 

?高速電子與晶格振動(dòng)相互作用，把能量傳遞給晶格； 

?一定溫度和場強(qiáng)下平衡時(shí)，固體介質(zhì)有穩(wěn)定的電導(dǎo)； 

?當(dāng)電子從電場中獲得能量大于傳遞給晶格振動(dòng)能量時(shí)， 電子動(dòng)能越來越大； 

?大到一定值，電子與晶格振動(dòng)的相互作用導(dǎo)致電離產(chǎn)生新電子，使電子數(shù)目迅速增加，電導(dǎo)進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)， 發(fā)生擊穿。

3. 熱擊穿 

v 熱擊穿的本質(zhì)： 

?處于電場中的介質(zhì)，由于介質(zhì)損耗而受熱； 

?當(dāng)外加電壓足夠高時(shí)，散熱和發(fā)熱從平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)入非平 衡狀態(tài)； 

?若發(fā)熱量比散熱量多時(shí)，熱量就在介質(zhì)內(nèi)部聚集，使介 質(zhì)溫度升高； 

?溫度升高又導(dǎo)致電導(dǎo)率和損耗的進(jìn)一步增加，介質(zhì)的溫 度將越來越高，直至出現(xiàn)破壞。

二、無機(jī)材料的擊穿 

1. 不均勻介質(zhì)中的電場分配 

v 假設(shè)不均勻介質(zhì)結(jié)構(gòu)由兩層介質(zhì)組成，在系統(tǒng)上加直流電壓 U，利用串聯(lián)模型導(dǎo)出：

2. 電離擊穿 

?材料中存在氣孔，導(dǎo)致均勻性降低； 

?氣體的電導(dǎo)率和介電常數(shù)很小，加上電壓后電場較高， 而氣體本身抗電強(qiáng)度比固體介質(zhì)低得多； 

?發(fā)生強(qiáng)烈的氣體放電，即電離，產(chǎn)生大量的熱量； 

?氣孔附近局部區(qū)域強(qiáng)烈過熱，在材料內(nèi)部形成相當(dāng)高的 內(nèi)應(yīng)力； 

?當(dāng)熱應(yīng)力超過一定限度時(shí)，材料喪失機(jī)械強(qiáng)度而發(fā)生破 壞，以致介電強(qiáng)度喪失，造成擊穿； 

?這種擊穿稱為電-機(jī)械-熱擊穿。

v 介電強(qiáng)度與樣品的尺寸有關(guān)：樣品尺寸減小，在一定應(yīng)力下， 存在可導(dǎo)致材料擊穿的缺陷相應(yīng)減小。 

v 電壓老化或化學(xué)擊穿：大量的氣孔放電，在介質(zhì)內(nèi)部引起不 可逆的物理化學(xué)變化，使介質(zhì)擊穿電壓下降。

3. 表面放電和邊緣擊穿 

(1) 表面放電： 

?固體材料常處于氣體媒介中，擊穿時(shí)介質(zhì)本身未擊穿， 但有火花掠過它的表面。 

(2) 邊緣擊穿： 

?電極邊緣常常電場集中，因而擊穿常在電極邊緣發(fā)生。