電壓擊穿試驗儀介質(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)只能在一定的電場強(qiáng)度以內(nèi)保持這些性質(zhì)。

當(dāng)電場強(qiáng)度超過某一臨界值時，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，與此相對應(yīng)的“臨界電場強(qiáng)度”稱為介電強(qiáng)度，或稱為擊穿電場強(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，就是電勢能轉(zhuǎn)換為熱量，當(dāng)外加電壓足夠高時，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，這一理論可簡述如下：

　　
　　在強(qiáng)電場下，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作用下被加速，獲得動能；

另一方面與晶格振動相互作用，把電場能量傳遞給晶格。

當(dāng)這兩個過程在一定溫度和場強(qiáng)下平衡時，固體介質(zhì)有穩(wěn)定的電導(dǎo)；

當(dāng)電子從電場中得到的能量大于傳遞給晶格振動的能量時，電子的動能就越來越大，至電子能量大到一定值時，電子與晶格振動相互作用導(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，在外電場作用下，各個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?；緝?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的集中，也可指介質(zhì)的不均勻性

試驗儀器包括升壓裝置（手動或自動）、油杯和電極、攪拌裝置（手動或自動）、數(shù)據(jù)輸出裝置（模擬儀表或數(shù)顯打印機(jī)）、計時裝置等，每一部分的異常都會使測定結(jié)果產(chǎn)生誤差，全自動的儀器較好，在測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，對結(jié)果的準(zhǔn)確性有很大影響，不同的測試儀器，其升壓裝置的性能必須確保符合標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。升壓裝置的此項性能應(yīng)由生產(chǎn)廠家在儀器的設(shè)計生產(chǎn)中予以保證，用戶可在選購儀器時向生產(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報告。
2．1．2　油杯和電極
　　電極的形狀不同，電極周圍空間的電場也截然不同，平板倒角形電極之間的電場可以大致看成是均勻電場，而球形和球蓋形電極之間的電場為不均勻電場，絕緣油在不同電場中的表現(xiàn)也*不同。油杯的容量大小、電極浸入絕緣油的深淺都會給測定結(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給測定結(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油樣中，從而使測定值偏低，因此標(biāo)準(zhǔn)中有油杯加防塵蓋和盡快完成測定的提法，有條件的話，應(yīng)盡可能在有空調(diào)的潔凈、干燥的試驗室內(nèi)進(jìn)行測定，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)境條件對測定結(jié)果的影響。
3　對試驗結(jié)果的分析判斷
3．1　試驗數(shù)據(jù)的分散性
　　一個絕緣油油樣6次擊穿電壓試驗的測定值，其分散性是較大的，根本原因在于擊穿瞬間兩個電極之間的電場分布狀態(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個數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差s≥10kV（電極距離2．5 mm）時重新取樣測定，這一提法值得推薦。較準(zhǔn)確地說，我們測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個測定值的平均值作為測定結(jié)果是較為合理的，這樣更能較真實地反映絕緣油的平均被污染水平。
3．2　試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性
　　得到準(zhǔn)確可靠的絕緣油擊穿電壓值，是擊穿電壓試驗的zui終目的。若對試驗結(jié)果產(chǎn)生懷疑，建議用下述辦法處理：
　　a）檢驗升壓裝置輸出電壓波形和幅值。此項工作一般生產(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）在測得值介于合格與不合格之間時，采用對比試驗的方法，驗證油杯和電極對結(jié)果的影響，即同時在不同的試驗室，用不同的電極和油杯測定同一油樣，在確保兩對電極間距離都是（2．5±0．1）mm的前提下，測定值較高的應(yīng)更接近于真值。這是因為只有電極間距離過大才會使絕緣油的擊穿電壓測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，都會使測定值出現(xiàn)負(fù)誤差，即測得結(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)一測定方法，繼這樣將可以大大提高我國絕緣油擊穿電壓測定的技術(shù)水平。