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擊穿電壓測(cè)試儀中擊穿的分類和特點(diǎn)
閱讀：1767發(fā)布時(shí)間：2022-8-25
擊穿的分類和特點(diǎn) ：
在絕緣材料上施加的電壓會(huì)隨著電場(chǎng)的不斷增大而增大，此時(shí)電導(dǎo)突然驟增，絕緣材料會(huì)由絕緣的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)電的狀態(tài)，發(fā)生的這一現(xiàn)象可以稱為絕緣材料的擊穿。而擊穿是一種破壞性試驗(yàn)，因此會(huì)使測(cè)試的材料發(fā)生破壞。固體電介質(zhì)的擊穿根據(jù)介質(zhì)擊穿機(jī)理的不同，可以分為電擊穿、熱擊穿以及不均勻介質(zhì)擊穿。
（1）電擊穿：在溫度較低的情況下，將電極裝置消除邊緣效應(yīng)等條件進(jìn)行嚴(yán)格控制，在外施電場(chǎng)的作用下，電介質(zhì)會(huì)積累大量的能量和一定數(shù)量的帶電質(zhì)點(diǎn)，這會(huì)使電介質(zhì)的絕緣性能喪失，這種現(xiàn)象稱為電擊穿。電擊穿是一種短時(shí)擊穿，擊穿場(chǎng)強(qiáng)高，范圍大致在 5-15MV/cm，電場(chǎng)均勻程度對(duì)其影響很大。由于擊穿發(fā)生的判定條件的不同，可以將電擊穿理論分為本征擊穿理論和雪崩擊穿理論。本征電擊穿理論亦稱為碰撞電離理論，是指電子在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下不斷運(yùn)動(dòng)與晶格上的原子發(fā)生碰撞使之游離，自由電子數(shù)不斷增加，電導(dǎo)進(jìn)入不穩(wěn)定階段，擊穿便開始發(fā)生。當(dāng)電子數(shù)倍增到一定數(shù)值時(shí)，足夠破壞電介質(zhì)結(jié)構(gòu)，固體發(fā)生擊穿，則稱為雪崩擊穿。
（2）熱擊穿：電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下內(nèi)部發(fā)熱大于散熱，介質(zhì)內(nèi)部熱量不平衡，會(huì)使其溫度過高，從而導(dǎo)致介質(zhì)發(fā)生分解、軟化、焦灼及炭化等現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為熱擊穿。熱擊穿的擊穿 時(shí)間較長(zhǎng)，擊穿場(chǎng)強(qiáng)通常在 104-105V/cm，材料的性能、電壓種類及環(huán)境溫度對(duì)熱擊穿都有一定的影響。
（3）不均勻介質(zhì)擊穿：此種擊穿是從電氣強(qiáng)度比較低的氣體開始發(fā)展的，其表現(xiàn)形式為局部放電。隨著時(shí)間的發(fā)展，固體電介質(zhì)的劣化逐漸擴(kuò)大，會(huì)使電介質(zhì)發(fā)生擊穿，表現(xiàn)形式為樹枝化擊穿。樹枝化擊穿時(shí)間較長(zhǎng)，是一種老化破壞形式。其中樹枝化包括電樹枝和水樹枝。樹枝因局部放電而緩慢擴(kuò)展，也可以在施加脈沖電壓的作用下迅速發(fā)展，還可能發(fā)生在沒有任何局部放電的情況下，電介質(zhì)內(nèi)部局部電場(chǎng)集中而產(chǎn)生的樹枝稱為電樹枝。樹枝也可能在水分的作用下，即使電場(chǎng)相對(duì)較低，但在電場(chǎng)的長(zhǎng)期作用下產(chǎn)生樹枝的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為水樹枝。
依據(jù)擊穿電壓的時(shí)間效應(yīng)，絕緣介質(zhì)材料的擊穿可以劃分為短時(shí)擊穿和長(zhǎng)時(shí)擊穿，主要是根據(jù)從開始加上電壓到絕緣擊穿完成所需的時(shí)間決定的，這個(gè)時(shí)間非常短，則為短時(shí)擊穿。如若時(shí)間長(zhǎng)達(dá)幾小時(shí)甚至更長(zhǎng)，則為長(zhǎng)時(shí)擊穿。
短時(shí)擊穿：凝聚態(tài)聚合物材料可以看作是氣體經(jīng)過高度壓縮形成的，而氣體擊穿過程可以用自由體積理論和電子崩擊穿這兩種理論來解釋，因此聚合物擊穿過程用這兩種理論來加以解釋。一般情況下，電子崩擊穿的擊穿時(shí)延不到 1 納秒，在低溫時(shí)可以在聚合物材料中觀察的到。已有學(xué)者通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了在低溫情況下電子崩的擊穿機(jī)理過程。在外加電場(chǎng)的作用下，聚合物中的自由電子會(huì)加速運(yùn)動(dòng)，獲得足夠的動(dòng)能，與分子不斷地發(fā)生碰撞，擊穿場(chǎng)強(qiáng)就會(huì)有所下降。
長(zhǎng)時(shí)擊穿：許多學(xué)者對(duì)絕緣材料的擊穿性能進(jìn)行深入研究，認(rèn)為絕緣材料自身有大量的缺陷存在，缺陷會(huì)捕捉更多自由電子，這樣會(huì)使自由電子數(shù)減少，不易發(fā)生碰撞電離，擊穿場(chǎng)強(qiáng)便有所提高。K.C.Kao 和 D.M.Tu等人對(duì)
聚合物的擊穿做了大量深入的研究，并認(rèn)為聚合物絕緣材料中存在大量缺陷，由于電子的平均自由行程短，發(fā)生的碰撞次數(shù)變多，陷阱易捕獲自由電子，在電極附近形成負(fù)電荷區(qū)，這樣會(huì)導(dǎo)致絕緣材料中注入的電子減少。同時(shí)電子被缺陷捕獲的過程中，存在著能量的變化，電子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷，有一定能量的釋放，這些能量會(huì)傳遞給其它電子，電子能量越多，越容易破壞大分子結(jié)構(gòu)，這樣會(huì)使材料內(nèi)部產(chǎn)生更多載流子和陷阱，更容易發(fā)生擊穿。
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