固体电介质的击穿机理有哪些

问题描述

精选答案

一、电击穿。固体介质在强电场的作用下，内部少量可自由移动的载流子剧烈运动，与晶格上的原子发生碰撞使之游离，并迅速扩展而导致击穿。特点是：电压作用时间短，击穿电压高，与电场均匀度密切相关，但与环境温度及电压作用时间几乎无关。

二、热击穿。电介质在电场作用下，由于漏电流、电损耗或孔隙局部气体电离放电产生放热，材料温度逐步升高，随着时间延续，积热增多，当达到一定温度时，材料即行开裂、玻璃化或熔化，绝缘性能被破坏而导致击穿的现象。这是介质材料常见的破坏原因之一。热击穿与介质的导致系数、强度、内部缺陷、掺杂物（杂质）、气孔、形状及散热条件等多种因素有关。固体电介质的击穿有电击穿、热击穿、电化学击穿、放电击穿等形式。绝缘结构发生击穿，往往是电、热、放电、电化学等多种形式同时存在，很难截然分开。一般来说，在采用tanδ值大、耐热性差的电介质的低压电气设备，在工作温度高、散热条件差时，热击穿较为多见。而在高压电气设备中，放电击穿的概率就大些。脉冲电压下的击穿一般属于电击穿。当电压作用时间达数十小时乃至数年时，大多数属于电化学击穿。

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影响固体介质击穿电压的主要因素有:

①电场的不均匀程度:均匀、致密的固体电介质在均匀电场中的击穿场强可达1～10MV/cm。击穿场强决定于物质的内部结构,与外界因素的关系较小。当电介质厚度增加时,由于电介质本身的不均匀性,击穿场强会下降。当厚度极小时(-3～10-4cm),击穿场强又会增加。 电场越不均匀,击穿场强下降越多。电场局部加强处容易产生局部放电,在局部放电的长时间作用下,固体电介质将产生化学击穿。

②作用电压时间、种类:固体电介质的三种击穿形式与电压作用时间有密切关系。同一种固体电介质,在相同电场分布下,其雷电冲击击穿电压通常大于工频击穿电压,且直流击穿电压也大于工频击穿电压。 交流电压频率增高时,由于局部放电更强,介质损耗更大,发热严重,更易发生热击穿或导致化学击穿提前到来。

③温度:当温度较低,处于电击穿范围内时,固体电介质的击穿场强与温度基本无关。