有機(jī)硅材料測(cè)試電壓擊穿有哪些耐電特性？
大家在日常使用電壓擊穿的時(shí)候，有好多是有機(jī)硅材料，那么有哪些耐電特性？下面我來(lái)為大家解答一下:
絕緣材料擊穿是在電應(yīng)力作用下導(dǎo)致材料內(nèi)部絕緣性能?chē)?yán)重?fù)p失，發(fā)生穿孔或出現(xiàn)碳化通道，并引起回路電流的現(xiàn)象。材料的電擊穿特性直觀(guān)反映了材料的電絕緣能力。本文搭建了有機(jī)硅凝膠工頻耐電特性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，研究溫度對(duì)有機(jī)硅凝膠耐電特性的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)依據(jù) IEC 60243標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖 10 所示，交流電壓源輸出電壓 0～100kV，電壓畸變率小于 2%，升壓速率 2kV/s，升壓曲線(xiàn)如圖 10 所示。被測(cè)試品的模具容積為 200mL，電極為銅制球球電極，電極直徑 13mm，電極間距 1mm?；趯?shí)驗(yàn)室內(nèi)制備的有機(jī)硅凝膠樣品，測(cè)試了不同溫度下有機(jī)硅凝膠的工頻耐電特性。球球電極結(jié)構(gòu)下，擊穿場(chǎng)強(qiáng)近似計(jì)算公式為：Ebd=Ubd/sη
式中，Ebd 為擊穿場(chǎng)強(qiáng)峰值；Ubd 為擊穿電壓最大值；s 為氣隙間距；h 為 Schwaiger 系數(shù)，對(duì)于較均勻場(chǎng)，n取值為 0.9。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示了有機(jī)硅凝膠的擊穿現(xiàn)象及擊穿通道。Ⅰ展示了發(fā)生擊穿瞬間，有機(jī)硅凝膠產(chǎn)生強(qiáng)烈的光信號(hào)；Ⅱ展示了放電發(fā)生后瞬間，球球電極間產(chǎn)生了氣泡，并且在顯微鏡下觀(guān)察了氣泡形態(tài)；擊穿后的樣品放置一段時(shí)間后，將進(jìn)入Ⅲ狀態(tài)，球球電極間的氣泡變??；最終形成圖 11 中Ⅳ所示的電樹(shù)枝通道，此時(shí)硅凝膠喪失耐壓能力。絕緣材料的擊穿起始于材料內(nèi)部絕緣弱點(diǎn)，而聚合物中的缺陷是隨機(jī)分布的，因此聚合物的擊
穿事件符合一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，一般采用多個(gè)樣本，可通過(guò)概率分布統(tǒng)計(jì)法評(píng)估聚合物的擊穿電壓。Weibull 分布基于弱點(diǎn)擊穿理論構(gòu)建，雙參數(shù) Weibull分布廣泛應(yīng)用于分析絕緣材料的擊穿電壓。根據(jù)Weibull 分布函數(shù)特征，有機(jī)硅凝膠的擊穿電壓對(duì)應(yīng)于 63%累積概率處的擊穿電壓。Weibull 分布的累積概率函數(shù)（Cumulative Probability Function, CDF）可表示為：
式中，P 為累積概率密度分布函數(shù)；a 為 63%對(duì)應(yīng)的分位數(shù)，也稱(chēng)為尺度參數(shù)，表示發(fā)生概率為 63%的擊穿電壓值；b 為度量分散程度的 Weibull 指數(shù)，也稱(chēng)為形狀參數(shù)，表示擊穿電壓的變化幅度，b 越大，其擊穿場(chǎng)強(qiáng)變化幅度越小；U 為有機(jī)硅凝膠的擊穿電壓。測(cè)試了傳統(tǒng)脫氣曲線(xiàn)與改進(jìn)脫氣曲線(xiàn)制備的有機(jī)硅凝膠樣品在 200℃的恒溫箱中處理后的擊穿電壓值，通過(guò)式（3）計(jì)算 Weibull 分布得出累計(jì)概率密度曲線(xiàn)，200℃下制備工藝對(duì)有機(jī)硅凝膠擊穿電壓的影響200℃下，原始制備工藝得到的有機(jī)硅凝膠樣品內(nèi)出現(xiàn)氣泡，依據(jù) Weibull 分布統(tǒng)計(jì)得到工頻耐受電壓為 31.30kV；而改進(jìn)的制備工藝得到的有機(jī)硅凝膠樣品在 200℃下未見(jiàn)氣泡，工頻耐受電壓為35.34kV。對(duì)比兩種制備工藝獲得的有機(jī)硅凝膠樣品，改進(jìn)的制備工藝使得有機(jī)硅凝膠樣品在 200℃下耐壓能力提升了 12.9%。
為獲得溫度對(duì)有機(jī)硅凝膠耐壓特性的影響規(guī)律，測(cè)試了不同溫度下有機(jī)硅凝膠的工頻擊穿電壓，依據(jù)式（3）計(jì)算 Weibull 分布，得出每個(gè)溫度點(diǎn)下的累計(jì)概率密度曲線(xiàn)如圖 13 所示。不同溫度下有機(jī)凝膠的 Weibull 分布參數(shù)見(jiàn)表 2。
根據(jù) Weibull 分布統(tǒng)計(jì)結(jié)果，獲得了不同溫度下，有機(jī)硅凝膠的擊穿場(chǎng)強(qiáng)，如圖 14 所示。從圖14 可知，溫度對(duì)有機(jī)硅凝膠的絕緣性能有重要影響，隨著溫度升高，23～80℃之間，有機(jī)硅凝膠的擊穿場(chǎng)強(qiáng)有所降低，但降低程度較小；當(dāng)溫度達(dá)到120℃左右時(shí)，有機(jī)硅凝膠的擊穿場(chǎng)強(qiáng)明顯下降；當(dāng)溫度達(dá)到 200℃時(shí)，有機(jī)硅凝膠的擊穿場(chǎng)強(qiáng)只有約常溫下的一半。
