有機硅材料測試電壓擊穿有哪些耐電特性？
大家在日(ri)常使用電壓(ya)擊穿的(de)時候(hou)，有好多是有機硅材料，那(nei)么有哪些(xie)耐電特性(xing)？下面我來為(wei)大家解答(da)一下:
絕(jue)緣(yuan)(yuan)材料(liao)擊(ji)穿(chuan)(chuan)是在電(dian)(dian)(dian)(dian)應力(li)作用下(xia)(xia)導致(zhi)材料(liao)內(nei)部絕(jue)緣(yuan)(yuan)性能嚴重損(sun)失(shi)，發生穿(chuan)(chuan)孔或出現碳(tan)化通道，并引起回路電(dian)(dian)(dian)(dian)流的現象。材料(liao)的電(dian)(dian)(dian)(dian)擊(ji)穿(chuan)(chuan)特性直觀(guan)反映了材料(liao)的電(dian)(dian)(dian)(dian)絕(jue)緣(yuan)(yuan)能力(li)。本文搭建了有機(ji)硅(gui)凝膠(jiao)工(gong)頻耐電(dian)(dian)(dian)(dian)特性實驗平(ping)臺，研究(jiu)溫度對有機(ji)硅(gui)凝膠(jiao)耐電(dian)(dian)(dian)(dian)特性的影響規律。實驗設計依據 IEC 60243標準(zhun)設計實驗平(ping)臺如圖 10 所(suo)示，交流電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)源(yuan)輸出電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya) 0～100kV，電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)畸變率小于(yu) 2%，升壓(ya)速率 2kV/s，升壓(ya)曲線如圖 10 所(suo)示。被(bei)測試品的模具容積為 200mL，電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)為銅制球(qiu)球(qiu)電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)，電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)直徑 13mm，電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)間距 1mm。基于(yu)實驗室(shi)內(nei)制備的有機(ji)硅(gui)凝膠(jiao)樣品，測試了不同溫度下(xia)(xia)有機(ji)硅(gui)凝膠(jiao)的工(gong)頻耐電(dian)(dian)(dian)(dian)特性。球(qiu)球(qiu)電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)結構下(xia)(xia)，擊(ji)穿(chuan)(chuan)場(chang)強近似計算(suan)公式為：Ebd=Ubd/sη
式中，Ebd 為擊穿場(chang)強(qiang)峰(feng)值；Ubd 為擊穿電壓最(zui)大值；s 為氣隙間距；h 為 Schwaiger 系數，對(dui)于(yu)較均(jun)勻場(chang)，n取值為 0.9。
實(shi)驗(yan)結果展示(shi)了(le)(le)有(you)機硅(gui)凝膠(jiao)的(de)(de)(de)擊穿現象(xiang)及擊穿通(tong)道(dao)。Ⅰ展示(shi)了(le)(le)發生擊穿瞬間(jian)(jian)，有(you)機硅(gui)凝膠(jiao)產生強烈的(de)(de)(de)光信號(hao)；Ⅱ展示(shi)了(le)(le)放電發生后瞬間(jian)(jian)，球(qiu)球(qiu)電極間(jian)(jian)產生了(le)(le)氣(qi)泡(pao)，并且在顯微(wei)鏡(jing)下觀察(cha)了(le)(le)氣(qi)泡(pao)形態；擊穿后的(de)(de)(de)樣品放置一段時(shi)間(jian)(jian)后，將進入(ru)Ⅲ狀態，球(qiu)球(qiu)電極間(jian)(jian)的(de)(de)(de)氣(qi)泡(pao)變(bian)小；最終形成(cheng)圖 11 中Ⅳ所示(shi)的(de)(de)(de)電樹枝通(tong)道(dao)，此時(shi)硅(gui)凝膠(jiao)喪失(shi)耐壓能力。絕(jue)緣材(cai)料的(de)(de)(de)擊穿起(qi)始(shi)于材(cai)料內部(bu)絕(jue)緣弱點，而聚合(he)物中的(de)(de)(de)缺(que)陷(xian)是(shi)隨機分布(bu)的(de)(de)(de)，因此聚合(he)物的(de)(de)(de)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(wei)(wei)累積概率密(mi)度(du)分(fen)(fen)布(bu)函數；a 為(wei)(wei) 63%對應的(de)(de)分(fen)(fen)位數，也稱為(wei)(wei)尺(chi)度(du)參(can)數，表示(shi)發生概率為(wei)(wei) 63%的(de)(de)擊(ji)(ji)穿(chuan)電(dian)壓(ya)值；b 為(wei)(wei)度(du)量(liang)分(fen)(fen)散(san)程度(du)的(de)(de) Weibull 指數，也稱為(wei)(wei)形狀參(can)數，表示(shi)擊(ji)(ji)穿(chuan)電(dian)壓(ya)的(de)(de)變化幅(fu)度(du)，b 越大，其擊(ji)(ji)穿(chuan)場強變化幅(fu)度(du)越小；U 為(wei)(wei)有機硅(gui)凝(ning)膠(jiao)的(de)(de)擊(ji)(ji)穿(chuan)電(dian)壓(ya)。測(ce)試(shi)了傳統脫(tuo)(tuo)氣曲線(xian)(xian)與改(gai)進(jin)(jin)脫(tuo)(tuo)氣曲線(xian)(xian)制(zhi)備(bei)(bei)(bei)的(de)(de)有機硅(gui)凝(ning)膠(jiao)樣(yang)品在(zai) 200℃的(de)(de)恒(heng)溫箱中處理后的(de)(de)擊(ji)(ji)穿(chuan)電(dian)壓(ya)值，通過式（3）計算(suan) Weibull 分(fen)(fen)布(bu)得(de)出累計概率密(mi)度(du)曲線(xian)(xian)，200℃下(xia)(xia)制(zhi)備(bei)(bei)(bei)工(gong)(gong)藝(yi)對有機硅(gui)凝(ning)膠(jiao)擊(ji)(ji)穿(chuan)電(dian)壓(ya)的(de)(de)影(ying)響200℃下(xia)(xia)，原始制(zhi)備(bei)(bei)(bei)工(gong)(gong)藝(yi)得(de)到的(de)(de)有機硅(gui)凝(ning)膠(jiao)樣(yang)品內出現氣泡(pao)，依據 Weibull 分(fen)(fen)布(bu)統計得(de)到工(gong)(gong)頻(pin)耐受電(dian)壓(ya)為(wei)(wei) 31.30kV；而改(gai)進(jin)(jin)的(de)(de)制(zhi)備(bei)(bei)(bei)工(gong)(gong)藝(yi)得(de)到的(de)(de)有機硅(gui)凝(ning)膠(jiao)樣(yang)品在(zai) 200℃下(xia)(xia)未見(jian)氣泡(pao)，工(gong)(gong)頻(pin)耐受電(dian)壓(ya)為(wei)(wei)35.34kV。對比兩種制(zhi)備(bei)(bei)(bei)工(gong)(gong)藝(yi)獲得(de)的(de)(de)有機硅(gui)凝(ning)膠(jiao)樣(yang)品，改(gai)進(jin)(jin)的(de)(de)制(zhi)備(bei)(bei)(bei)工(gong)(gong)藝(yi)使得(de)有機硅(gui)凝(ning)膠(jiao)樣(yang)品在(zai) 200℃下(xia)(xia)耐壓(ya)能(neng)力提升(sheng)了 12.9%。
為獲(huo)得溫度對有機硅凝膠(jiao)耐壓(ya)特性的影響規律，測試了(le)不同(tong)溫度下有機硅凝膠(jiao)的工(gong)頻擊穿電壓(ya)，依據式（3）計算(suan) Weibull 分布，得出每個溫度點(dian)下的累計概(gai)率密度曲線(xian)如圖 13 所示。不同(tong)溫度下有機凝膠(jiao)的 Weibull 分布參(can)數(shu)見表(biao) 2。
根據 Weibull 分(fen)布統計結果，獲得(de)了不(bu)同溫度(du)(du)下(xia)，有(you)(you)機(ji)硅(gui)凝膠(jiao)(jiao)的擊(ji)(ji)穿場(chang)(chang)強(qiang)(qiang)，如圖 14 所(suo)示。從圖14 可知，溫度(du)(du)對有(you)(you)機(ji)硅(gui)凝膠(jiao)(jiao)的絕緣性能有(you)(you)重要影響，隨著溫度(du)(du)升高，23～80℃之間，有(you)(you)機(ji)硅(gui)凝膠(jiao)(jiao)的擊(ji)(ji)穿場(chang)(chang)強(qiang)(qiang)有(you)(you)所(suo)降低(di)，但降低(di)程度(du)(du)較小；當溫度(du)(du)達(da)到120℃左右(you)時(shi)(shi)，有(you)(you)機(ji)硅(gui)凝膠(jiao)(jiao)的擊(ji)(ji)穿場(chang)(chang)強(qiang)(qiang)明顯下(xia)降；當溫度(du)(du)達(da)到 200℃時(shi)(shi)，有(you)(you)機(ji)硅(gui)凝膠(jiao)(jiao)的擊(ji)(ji)穿場(chang)(chang)強(qiang)(qiang)只有(you)(you)約常溫下(xia)的一(yi)半。
