電壓擊穿試驗(yàn)儀介質(zhì)介電特性介電能力

介質(zhì)的介電特性，

如絕緣、

介電能力，

都是指在一定的電場(chǎng)強(qiáng)度范圍內(nèi)的材料的絕緣特性，介質(zhì)只能在一定的電場(chǎng)強(qiáng)度以內(nèi)保持這些性質(zhì)。

當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度超過某一臨界值時(shí)，介質(zhì)由介電狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)。

這種現(xiàn)象稱介電強(qiáng)度的破壞，或叫介質(zhì)的擊穿，與此相對(duì)應(yīng)的“臨界電場(chǎng)強(qiáng)度”稱為介電強(qiáng)度，或稱為擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度。

　　
但嚴(yán)格地劃分擊穿類型是很困難的，但為了便于敘述和理解，通常將擊穿類型分為三種：

熱擊穿、

電擊穿、

局部放電擊穿。

而電擊穿和局部放電擊穿又統(tǒng)屬于電擊穿，所以我們常說介質(zhì)擊穿有兩大類，一是熱擊穿，二是電擊穿。

以上三種類型各有以下的特征

　　
　　1.熱擊穿：熱擊穿的本質(zhì)是處于電場(chǎng)中的介質(zhì)，由于其中的介質(zhì)損耗而產(chǎn)生熱量，就是電勢(shì)能轉(zhuǎn)換為熱量，當(dāng)外加電壓足夠高時(shí)，就可能從散熱與發(fā)熱的熱平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)入不平衡狀態(tài)，若發(fā)出的熱量比散去的多，介質(zhì)溫度將愈來愈高，直至出現(xiàn)*性損壞，這就是熱擊穿。

　　
　　2.電擊穿：固體介質(zhì)電擊穿理論是在氣體放電的碰撞電離理論基礎(chǔ)上建立的。

大約在本世紀(jì)30年代，以A.VonHippel和Frohlich為代表，在固體物理基礎(chǔ)上，以量子力學(xué)為工具，逐步建立了固體介質(zhì)電擊穿的碰撞理論，這一理論可簡(jiǎn)述如下：

　　
　　在強(qiáng)電場(chǎng)下，固體介質(zhì)中可能因冷發(fā)射或熱發(fā)射存在一些原始自由電子。

這些電子一方面在外電場(chǎng)作用下被加速，獲得動(dòng)能；

另一方面與晶格振動(dòng)相互作用，把電場(chǎng)能量傳遞給晶格。

當(dāng)這兩個(gè)過程在一定溫度和場(chǎng)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(chǎng)中得到的能量大于傳遞給晶格振動(dòng)的能量時(shí)，電子的動(dòng)能就越來越大，至電子能量大到一定值時(shí)，電子與晶格振動(dòng)相互作用導(dǎo)致電離產(chǎn)生新電子，使自由電子數(shù)迅速增加，電導(dǎo)進(jìn)入不穩(wěn)定階段，擊穿發(fā)生。
　　

　　3.此外還有化學(xué)擊穿。電介質(zhì)中強(qiáng)電場(chǎng)產(chǎn)生的電流在例如高溫等某些條件下可以引起電化學(xué)反應(yīng)。

例如離子導(dǎo)電的固體電介質(zhì)中出現(xiàn)的電解、還原等。

結(jié)果電介質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，或者是分離出來的物質(zhì)在兩電極間構(gòu)成導(dǎo)電的通路。

或者是介質(zhì)表面和內(nèi)部的氣泡中放電形成有害物質(zhì)如臭氧、一氧化碳等，使氣泡壁腐蝕造成局部電導(dǎo)增加而出現(xiàn)局部擊穿，并逐漸擴(kuò)展成*擊穿。溫度越高，電壓作用時(shí)間越長，化學(xué)形成的擊穿也越容易發(fā)生。

　　
　　但不管怎樣，我認(rèn)為所有的介質(zhì)擊穿均是因極化效應(yīng)引起的。

　　
　　凡在外電場(chǎng)作用下產(chǎn)生宏觀上不等于零的電偶極矩，因而形成宏觀束縛電荷的現(xiàn)象稱為電極化，能產(chǎn)生電極化現(xiàn)象的物質(zhì)統(tǒng)稱為電介質(zhì)。電介質(zhì)的電阻率一般都很高，被稱為絕緣體。

有些電介質(zhì)的電阻率并不很高，不能稱為絕緣體，但由于能發(fā)生極化過程，也歸入電介質(zhì)。通常情形下電介質(zhì)中的正、負(fù)電荷互相抵消，宏觀上不表現(xiàn)出電性，但在外電場(chǎng)作用下可產(chǎn)生如下3種類型的變化：
　　
　　1原子核外的電子云分布產(chǎn)生畸變，從而產(chǎn)生不等于零的電偶極矩，稱為畸變極化；
　　
　　2原來正、負(fù)電中心重合的分子，在外電場(chǎng)作用下正、負(fù)電中心彼此分離，稱為位移極化；
　　
　　3具有固有電偶極矩的分子原來的取向是混亂的，宏觀上電偶極矩總和等于零，在外電場(chǎng)作用下，各個(gè)電偶極子趨向于一致的排列，從而宏觀電偶極矩不等于零，稱為轉(zhuǎn)向極化。
　　
　　研究電介質(zhì)宏觀介電性質(zhì)及其微觀機(jī)制以及電介質(zhì)的各種特殊效應(yīng)的物理學(xué)分支學(xué)科。基本內(nèi)容包括極化機(jī)構(gòu)、標(biāo)志介電性質(zhì)的電容率與介質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)以及與溫度和外場(chǎng)頻率間的關(guān)系、電介質(zhì)的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性、介質(zhì)損耗、介質(zhì)擊穿機(jī)制等。此外，還有許多電介質(zhì)具有的各種特殊效應(yīng)。
　　
　　普遍規(guī)律：介質(zhì)的擊穿總是從電氣性能zui薄弱的缺陷處發(fā)展起來的，這里的缺陷可指電場(chǎng)的集中，也可指介質(zhì)的不均勻性

試驗(yàn)儀器包括升壓裝置（手動(dòng)或自動(dòng)）、油杯和電極、攪拌裝置（手動(dòng)或自動(dòng)）、數(shù)據(jù)輸出裝置（模擬儀表或數(shù)顯打印機(jī)）、計(jì)時(shí)裝置等，每一部分的異常都會(huì)使測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生誤差，全自動(dòng)的儀器較好，在測(cè)定過程中基本上消除了人為因素的影響。
2．1．1　升壓裝置
　　升壓裝置的輸出電壓波形是否近似正弦波，輸出電壓是否與輸出顯示一致，對(duì)結(jié)果的準(zhǔn)確性有很大影響，不同的測(cè)試儀器，其升壓裝置的性能必須確保符合標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。升壓裝置的此項(xiàng)性能應(yīng)由生產(chǎn)廠家在儀器的設(shè)計(jì)生產(chǎn)中予以保證，用戶可在選購儀器時(shí)向生產(chǎn)廠家索要升壓裝置輸出電壓頻譜分析和輸出電壓峰值的檢測(cè)報(bào)告。
2．1．2　油杯和電極
　　電極的形狀不同，電極周圍空間的電場(chǎng)也截然不同，平板倒角形電極之間的電場(chǎng)可以大致看成是均勻電場(chǎng)，而球形和球蓋形電極之間的電場(chǎng)為不均勻電場(chǎng)，絕緣油在不同電場(chǎng)中的表現(xiàn)也*不同。油杯的容量大小、電極浸入絕緣油的深淺都會(huì)給測(cè)定結(jié)果帶來影響，為此相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中都有明確的規(guī)定。實(shí)踐表明，電極的加工和裝配水平、油杯的形狀和材料等不同都會(huì)給測(cè)定結(jié)果帶來明顯的差異。
2．2　環(huán)境的影響
　　大氣中的飄塵和水氣不可避免地要混入待測(cè)油樣中，從而使測(cè)定值偏低，因此標(biāo)準(zhǔn)中有油杯加防塵蓋和盡快完成測(cè)定的提法，有條件的話，應(yīng)盡可能在有空調(diào)的潔凈、干燥的試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行測(cè)定，尤其是在我國南方潮濕多雨的季節(jié)和北方沙塵較大的季節(jié)，防止環(huán)境條件對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響。
3　對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析判斷
3．1　試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分散性
　　一個(gè)絕緣油油樣6次擊穿電壓試驗(yàn)的測(cè)定值，其分散性是較大的，根本原因在于擊穿瞬間兩個(gè)電極之間的電場(chǎng)分布狀態(tài)和絕緣油中所含雜質(zhì)的分布狀態(tài)都是隨機(jī)的。數(shù)據(jù)處理中，不論6個(gè)數(shù)據(jù)分散性有多大統(tǒng)統(tǒng)進(jìn)行平均，或者按照數(shù)處理原則舍棄離散值再進(jìn)行平均，都不十分合適。筆者認(rèn)為，有些儀器使用說明中建議當(dāng)6個(gè)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差s≥10kV（電極距離2．5 mm）時(shí)重新取樣測(cè)定，這一提法值得推薦。較準(zhǔn)確地說，我們測(cè)得的擊穿電壓值只是說明該絕緣油在平均值附近發(fā)生電擊穿的概率zui大，偏離此點(diǎn)較多的過高值和過低值出現(xiàn)電擊穿的概率較低，并不是說該絕緣油在此點(diǎn)一定被擊穿。選擇擊穿電壓值較集中的范圍，取不少于6個(gè)測(cè)定值的平均值作為測(cè)定結(jié)果是較為合理的，這樣更能較真實(shí)地反映絕緣油的平均被污染水平。
3．2　試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性
　　得到準(zhǔn)確可靠的絕緣油擊穿電壓值，是擊穿電壓試驗(yàn)的zui終目的。若對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生懷疑，建議用下述辦法處理：
　　a）檢驗(yàn)升壓裝置輸出電壓波形和幅值。此項(xiàng)工作一般生產(chǎn)廠家都已做了，在正常使用中發(fā)生變化的可能性不大，在使用中若沒有發(fā)生明顯的損壞，由此引起的誤差可能性很小。
　　b）在測(cè)得值介于合格與不合格之間時(shí)，采用對(duì)比試驗(yàn)的方法，驗(yàn)證油杯和電極對(duì)結(jié)果的影響，即同時(shí)在不同的試驗(yàn)室，用不同的電極和油杯測(cè)定同一油樣，在確保兩對(duì)電極間距離都是（2．5±0．1）mm的前提下，測(cè)定值較高的應(yīng)更接近于真值。這是因?yàn)橹挥须姌O間距離過大才會(huì)使絕緣油的擊穿電壓測(cè)定值的誤差為正誤差，其余各種影響因素，包括電極形狀、加工精度和表面狀態(tài)，油杯的材料、形狀等，都會(huì)使測(cè)定值出現(xiàn)負(fù)誤差，即測(cè)得結(jié)果小于真值。
4　結(jié)束語
　　綜上所述，由于影響擊穿電壓測(cè)定的因素較為復(fù)雜，人為作一些嚴(yán)格的規(guī)定，統(tǒng)一測(cè)定方法，繼這樣將可以大大提高我國絕緣油擊穿電壓測(cè)定的技術(shù)水平。