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有机硅材料测试电压击穿有哪些耐电特性?

点击次数:610  更新时间:2023-10-26

大家在日常使用电压击穿的时候,有好多是有机硅材料,那么有哪些耐电特性?下面我来为大家解答一下:

绝缘材料击穿是在电应力作用下导致材料内部绝缘性能严重损失,发生穿孔或出现碳化通道,并引起回路电流的现象。材料的电击穿特性直观反映了材料的电绝缘能力。本文搭建了有机硅凝胶工频耐电特性实验平台,研究温度对有机硅凝胶耐电特性的影响规律。实验设计依据 IEC 60243标准设计实验平台如图 10 所示,交流电压源输出电压 0~100kV,电压畸变率小于 2%,升压速率 2kV/s,升压曲线如图 10 所示。被测试品的模具容积为 200mL,电极为铜制球球电极,电极直径 13mm,电极间距 1mm。基于实验室内制备的有机硅凝胶样品,测试了不同温度下有机硅凝胶的工频耐电特性。球球电极结构下,击穿场强近似计算公式为:Ebd=Ubd/sη

式中,Ebd 为击穿场强峰值;Ubd 为击穿电压最大值;s 为气隙间距;h 为 Schwaiger 系数,对于较均匀场,n取值为 0.9。

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 实验结果展示了有机硅凝胶的击穿现象及击穿通道。Ⅰ展示了发生击穿瞬间,有机硅凝胶产生强烈的光信号;Ⅱ展示了放电发生后瞬间,球球电极间产生了气泡,并且在显微镜下观察了气泡形态;击穿后的样品放置一段时间后,将进入Ⅲ状态,球球电极间的气泡变小;最终形成图 11 中Ⅳ所示的电树枝通道,此时硅凝胶丧失耐压能力。绝缘材料的击穿起始于材料内部绝缘弱点,而聚合物中的缺陷是随机分布的,因此聚合物的击

穿事件符合一定的统计规律,一般采用多个样本,可通过概率分布统计法评估聚合物的击穿电压。Weibull 分布基于弱点击穿理论构建,双参数 Weibull分布广泛应用于分析绝缘材料的击穿电压。根据Weibull 分布函数特征,有机硅凝胶的击穿电压对应于 63%累积概率处的击穿电压。Weibull 分布的累积概率函数(Cumulative Probability Function, CDF)可表示为:联想截图_20230306092911.png

式中,P 为累积概率密度分布函数;a 为 63%对应的分位数,也称为尺度参数,表示发生概率为 63%的击穿电压值;b 为度量分散程度的 Weibull 指数,也称为形状参数,表示击穿电压的变化幅度,b 越大,其击穿场强变化幅度越小;U 为有机硅凝胶的击穿电压。测试了传统脱气曲线与改进脱气曲线制备的有机硅凝胶样品在 200℃的恒温箱中处理后的击穿电压值,通过式(3)计算 Weibull 分布得出累计概率密度曲线,200℃下制备工艺对有机硅凝胶击穿电压的影响200℃下,原始制备工艺得到的有机硅凝胶样品内出现气泡,依据 Weibull 分布统计得到工频耐受电压为 31.30kV;而改进的制备工艺得到的有机硅凝胶样品在 200℃下未见气泡,工频耐受电压为35.34kV。对比两种制备工艺获得的有机硅凝胶样品,改进的制备工艺使得有机硅凝胶样品在 200℃下耐压能力提升了 12.9%。

     为获得温度对有机硅凝胶耐压特性的影响规律,测试了不同温度下有机硅凝胶的工频击穿电压,依据式(3)计算 Weibull 分布,得出每个温度点下的累计概率密度曲线如图 13 所示。不同温度下有机凝胶的 Weibull 分布参数见表 2。

     根据 Weibull 分布统计结果,获得了不同温度下,有机硅凝胶的击穿场强,如图 14 所示。从图14 可知,温度对有机硅凝胶的绝缘性能有重要影响,随着温度升高,23~80℃之间,有机硅凝胶的击穿场强有所降低,但降低程度较小;当温度达到120℃左右时,有机硅凝胶的击穿场强明显下降;当温度达到 200℃时,有机硅凝胶的击穿场强只有约常温下的一半。

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