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擊穿電壓測試儀中擊穿的分類和特點
閱讀：2335發布時間：2022-8-25
擊穿的分類和特點 ：
在絕緣材料上施加的電壓會隨著電場的不斷增大而增大，此時電導突然驟增，絕緣材料會由絕緣的狀態轉變為導電的狀態，發生的這一現象可以稱為絕緣材料的擊穿。而擊穿是一種破壞性試驗，因此會使測試的材料發生破壞。固體電介質的擊穿根據介質擊穿機理的不同，可以分為電擊穿、熱擊穿以及不均勻介質擊穿。
（1）電擊穿：在溫度較低的情況下，將電極裝置消除邊緣效應等條件進行嚴格控制，在外施電場的作用下，電介質會積累大量的能量和一定數量的帶電質點，這會使電介質的絕緣性能喪失，這種現象稱為電擊穿。電擊穿是一種短時擊穿，擊穿場強高，范圍大致在 5-15MV/cm，電場均勻程度對其影響很大。由于擊穿發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，是指電子在強電場的作用下不斷運動與晶格上的原子發生碰撞使之游離，自由電子數不斷增加，電導進入不穩定階段，擊穿便開始發生。當電子數倍增到一定數值時，足夠破壞電介質結構，固體發生擊穿，則稱為雪崩擊穿。
（2）熱擊穿：電介質在電場作用下內部發熱大于散熱，介質內部熱量不平衡，會使其溫度過高，從而導致介質發生分解、軟化、焦灼及炭化等現象，這種現象稱為熱擊穿。熱擊穿的擊穿 時間較長，擊穿場強通常在 104-105V/cm，材料的性能、電壓種類及環境溫度對熱擊穿都有一定的影響。
（3）不均勻介質擊穿：此種擊穿是從電氣強度比較低的氣體開始發展的，其表現形式為局部放電。隨著時間的發展，固體電介質的劣化逐漸擴大，會使電介質發生擊穿，表現形式為樹枝化擊穿。樹枝化擊穿時間較長，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展，也可以在施加脈沖電壓的作用下迅速發展，還可能發生在沒有任何局部放電的情況下，電介質內部局部電場集中而產生的樹枝稱為電樹枝。樹枝也可能在水分的作用下，即使電場相對較低，但在電場的長期作用下產生樹枝的現象，這種現象稱為水樹枝。
依據擊穿電壓的時間效應，絕緣介質材料的擊穿可以劃分為短時擊穿和長時擊穿，主要是根據從開始加上電壓到絕緣擊穿完成所需的時間決定的，這個時間非常短，則為短時擊穿。如若時間長達幾小時甚至更長，則為長時擊穿。
短時擊穿：凝聚態聚合物材料可以看作是氣體經過高度壓縮形成的，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延不到 1 納秒，在低溫時可以在聚合物材料中觀察的到。已有學者通過實驗驗證了在低溫情況下電子崩的擊穿機理過程。在外加電場的作用下，聚合物中的自由電子會加速運動，獲得足夠的動能，與分子不斷地發生碰撞，擊穿場強就會有所下降。
長時擊穿：許多學者對絕緣材料的擊穿性能進行深入研究，認為絕緣材料自身有大量的缺陷存在，缺陷會捕捉更多自由電子，這樣會使自由電子數減少，不易發生碰撞電離，擊穿場強便有所提高。K.C.Kao 和 D.M.Tu等人對
聚合物的擊穿做了大量深入的研究，并認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，發生的碰撞次數變多，陷阱易捕獲自由電子，在電極附近形成負電荷區，這樣會導致絕緣材料中注入的電子減少。同時電子被缺陷捕獲的過程中，存在著能量的變化，電子從高能級向低能級躍遷，有一定能量的釋放，這些能量會傳遞給其它電子，電子能量越多，越容易破壞大分子結構，這樣會使材料內部產生更多載流子和陷阱，更容易發生擊穿。
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