北京北廣精儀儀器設備有限公司
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閱讀：37發布時間：2025-4-18
大家在日常使用電壓擊穿的時候，有好多是有機硅材料，那么有哪些耐電特性？下面我來為大家解答一下:
絕緣材料擊穿是在電應力作用下導致材料內部絕緣性能嚴重損失，發生穿孔或出現碳化通道，并引起回路電流的現象。材料的電擊穿特性直觀反映了材料的電絕緣能力。本文搭建了有機硅凝膠工頻耐電特性實驗平臺，研究溫度對有機硅凝膠耐電特性的影響規律。實驗設計依據 IEC 60243標準設計實驗平臺如圖 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，升壓曲線如圖 10 所示。被測試品的模具容積為 200mL，電極為銅制球球電極，電極直徑 13mm，電極間距 1mm。基于實驗室內制備的有機硅凝膠樣品，測試了不同溫度下有機硅凝膠的工頻耐電特性。球球電極結構下，擊穿場強近似計算公式為：Ebd=Ubd/sη
式中，Ebd 為擊穿場強峰值；Ubd 為擊穿電壓值；s 為氣隙間距；h 為 Schwaiger 系數，對于較均勻場，n取值為 0.9。
實驗結果展示了有機硅凝膠的擊穿現象及擊穿通道。Ⅰ展示了發生擊穿瞬間，有機硅凝膠產生強烈的光信號；Ⅱ展示了放電發生后瞬間，球球電極間產生了氣泡，并且在顯微鏡下觀察了氣泡形態；擊穿后的樣品放置一段時間后，將進入Ⅲ狀態，球球電極間的氣泡變小；最終形成圖 11 中Ⅳ所示的電樹枝通道，此時硅凝膠喪失耐壓能力。絕緣材料的擊穿起始于材料內部絕緣弱點，而聚合物中的缺陷是隨機分布的，因此聚合物的擊
穿事件符合一定的統計規律，一般采用多個樣本，可通過概率分布統計法評估聚合物的擊穿電壓。Weibull 分布基于弱點擊穿理論構建，雙參數 Weibull分布廣泛應用于分析絕緣材料的擊穿電壓。根據Weibull 分布函數特征，有機硅凝膠的擊穿電壓對應于 63%累積概率處的擊穿電壓。Weibull 分布的累積概率函數（Cumulative Probability Function, CDF）可表示為：
式中，P 為累積概率密度分布函數；a 為 63%對應的分位數，也稱為尺度參數，表示發生概率為 63%的擊穿電壓值；b 為度量分散程度的 Weibull 指數，也稱為形狀參數，表示擊穿電壓的變化幅度，b 越大，其擊穿場強變化幅度越小；U 為有機硅凝膠的擊穿電壓。測試了傳統脫氣曲線與改進脫氣曲線制備的有機硅凝膠樣品在 200℃的恒溫箱中處理后的擊穿電壓值，通過式（3）計算 Weibull 分布得出累計概率密度曲線，200℃下制備工藝對有機硅凝膠擊穿電壓的影響200℃下，原始制備工藝得到的有機硅凝膠樣品內出現氣泡，依據 Weibull 分布統計得到工頻耐受電壓為 31.30kV；而改進的制備工藝得到的有機硅凝膠樣品在 200℃下未見氣泡，工頻耐受電壓為35.34kV。對比兩種制備工藝獲得的有機硅凝膠樣品，改進的制備工藝使得有機硅凝膠樣品在 200℃下耐壓能力提升了 12.9%。
為獲得溫度對有機硅凝膠耐壓特性的影響規律，測試了不同溫度下有機硅凝膠的工頻擊穿電壓，依據式（3）計算 Weibull 分布，得出每個溫度點下的累計概率密度曲線如圖 13 所示。不同溫度下有機凝膠的 Weibull 分布參數見表 2。
根據 Weibull 分布統計結果，獲得了不同溫度下，有機硅凝膠的擊穿場強，如圖 14 所示。從圖14 可知，溫度對有機硅凝膠的絕緣性能有重要影響，隨著溫度升高，23～80℃之間，有機硅凝膠的擊穿場強有所降低，但降低程度較小；當溫度達到120℃左右時，有機硅凝膠的擊穿場強明顯下降；當溫度達到 200℃時，有機硅凝膠的擊穿場強只有約常溫下的一半。
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