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。