型号: | 塑料电压击穿试验仪 |
产地: | 北京 |
品牌: | 中航时代 |
评分: |
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塑料电压击穿试验仪-ZJC-150kV-计算机控制
一、主要技术指标:
1、输入电压:AC220V 50Hz
2、输出电压:AC:0~150kV; DC:0~150kV
3、输出功率:15kVA
4、测量范围:AC15~150kV; DC15~150kV
5、测量误差: ≤ 1%
6、升压速率: 0.01kV/s~5kV/s
7、耐压时间:0~8H
8、漏电流: 1~30 mA可由计算机软件自由进行设定
9、电源 :交流220V±10%的单相交流电压和50Hz±1%的频率
10、试验环境温度:15 ~ 30℃,相对湿度:0~85%能够稳定运行。
11、外形尺寸长×宽×高:1980mm×1220 mm×1750mm(参考)
12、设备自重:350Kg(参考)
13、接地要求仪器需要单独接地,接地附合国家标准要求,金属棒深埋地下至少要1.5米以下
二、结构原理及性能特点:
1、主要由:升压系统(高压变压器)、测量系统、A/D转换器、放电系统、电极、油箱、电极定位架、计算机数据处理系统、软件等组成;
2、计算机---A/D转换器---测量控制系统---调压装置----升压变压器-----试样;
3、高压变压器主要产生试样所需的直流电压;
4、调压器用于调节升压变压器输入端电压以产生高压所需的输入电压;
5、电压测量主要是从高压变压器测量端测量,高压变压器测量端和高压端是线性的;
6、放电系统在试验做完以后放电,以免产生放电对人身的危害;
固体介质的击穿的介绍:
1 概 述
介质击穿
Ub 为击穿电压(击穿电场Eb=Ub/d ,d为介质厚度)
• 击穿的分类
? 本征击穿(Intrinsic Breakdown):电击穿
? 非本征击穿:热击穿(Thermal Breakdown)
? 放电击穿(Discharge Breakdown)
• 介质击穿两种情况
? 发生久性变化(或叫不可逆变化):如固体介质击穿。
? 发生可恢复性变化:介质在电场的作用下被击穿,把外电 场撤除后,介质又恢复其绝缘性能,如气体。
? “自愈现象"(Self-Healing),如金属化纸介电容器 。
• 固体介质击穿的一般规律
1. 固体介质的击穿电场大于液体和气体介质
Eb (气体) =3×106V/m
Eb (液体) =107~108V/m
Eb (固体) =108~109V/m
2. 固体介质击穿是破坏性的
3. 击穿的发展过程
? 介电性能的破坏:绝缘变成导体(电击穿)
? 介质本身的破坏:有明显的击穿通道(热击穿、机械击 穿)
4. 击穿与实验条件有关:
电极形状、媒质、散热条件、电压类型、加压时间、厚度
电击穿的特点
①击穿前的强电场 ,符合玻尔定律: I = I0 eAU 或弗兰克尔定律: I = I0 eB U
②击穿场强高,击穿电场范围较窄108~109V/m
③在均匀电场中,电击穿发生时的电场强度直到厚度为 0.1u-1u范围都与厚度无关。
④击穿场强与周围媒质温度无关
⑤击穿场强与加压时间无关
电击穿必须满足:
电导率γ 小、tgδ小、散热条件好,无气隙、无边缘放电
热击穿的特点
电击穿和热击穿的判断
热击穿电压比电击穿电压较低
固体介质的热击穿理论
两点结论:
?热击穿电压Ub与温度T密切有关,和电阻率ρ与温度 的关系相同,只是指数减半,logUb的斜率差不多为 logρ斜率的一半;
?热击穿电压Ub与沟道长度d成正比,但实验未证实。
概念:电击穿为固体介质的本征击穿。
产生原因:电子过程——电子碰撞电离
近代关于固体介质电击穿的理论。
按照击穿发生的判定条件,电击穿理论分为两大类:
1. 以碰撞电离开始作为击穿判据,这类理论为碰撞电 离理论,或称本征电击穿理论;
2. 以电离开始后,电子倍增到一定数值,足以破坏介 质绝缘状态作为击穿判据,这类理论称为“雪崩"击穿 理论。
碰撞电离理论
单位时间内,电子从电场获得能量为A,同时与晶格碰撞 失去能量为B。晶格波能量是量子化?ω的,电子与晶格波
的交换能应为其整数倍n?ω。
平衡状态:
当电场提高使平衡状态破坏时A>B,碰撞电离立即发生。 由上式确定碰撞电离开始发生的起始场强,并作为介质击 穿场强。
希伯尔低能判据
A与B在数值上有三种情形:
?当电场较弱时,A<B,电子将损失能量达到其稳定值; ?A=B时,为平衡状态,对应电子的最大能量,临界能量 ξc ?A>B时,电子将不断从电场中获得能量。
EH为希伯尔场强,或临界击穿场强。
电场要使具有这样小能量以上的所有电子加速才能导致
击穿,故称为慢电子击穿理论。
①当电场E很低时,A(E1)与B相交于两点,电子能量ξ1< ξ<ξ2的电子,由于损耗大于获得,将不断损失其能量 直至降低到ξ1而建立平衡时为止。若ξ<ξ1,则A>B电 子能量增加,直至ξ=ξ1达到平衡,电导的稳定状态不 会破坏,电强度也不致破坏。
②当电场E很高时,在任何情形下总是A(E2)>B,肯定发 生击穿。
③当电场为某一临界场强EH时,A(EH)曲线与B曲线相切, 切点对应于B=f2 (ξ)为最大值处,此时平衡关系成立,
即A(EH ,ξc ) = B(T0 ,ξc )
弗洛里赫高能判据
晶体电击穿是一些高能量的快电子碰撞电离引起,而不需要 所有的慢电子参与,电场只需加速部分高能量(接近晶格电离能)的电子即可使晶体击穿。
有两种可能情况:
ξ′ > ξ3 > Wi ①如此大能量的电子数极少,且速度快、碰撞频繁、自由程短,不易积累能量,电子崩不易形成。
ξ2 < ξ′ < Wi ②由于A>B,电子在电场作用下被加速而能量增至Wi,产生 碰撞电离并导致击穿。处于ξ<Wi状态的电子,存在时间 长,在经过较长的自由行程后,积累足够大的能量,易形成 电子崩,使电强度破坏达到击穿,因此只要能量ξ稍小于Wi 的电子被加速,就能导致击穿。
碰撞电离理论
碱卤晶体击穿场强的计算值与实验值
?希伯尔电场充分但不必要:欲加速几乎全部电子,所需 的电场强度自然偏高。
?弗洛里赫电场必要但不充分,计算出的电场自然偏低。
“雪崩"电击穿理论
(1)碰撞电离雪崩击穿
Seitz理论:一个电子从阴极出发,经过约40次碰撞 电离,介质材料即被破坏,又称为“40繁代理论"。
设电场强度E=108V/m,电子迁移率μ≈10-4m2/V · s, 扩散系数D≈10-4m2/s。
在t=1μ s内,电子运动长度为1cm,崩头的扩散半径
约为
在该圆柱体中原子数为
πr2 × 10?2 × 1029 ≈ 1017
设破坏晶格原子所需能量约为10eV,即破坏圆柱体内所有 原子所需能量为:1018eV。
每个电子经过1cm从电场中获得的能量约为106eV,故只要
有1012个电子就破坏介质晶格。碰撞电离过程中电子数以
2 α增加
2α = 1012
α = 40
隧道击穿
由于隧道效应使介质中电流增 大,介质失去绝缘性能的现象称 为隧道击穿。
隧道电流为:
A、B为与电极-介质间功函数有 关的常数,与温度关系不大。 这个公式给出,从电极进入介质 导带的隧道电流的密度与场强的 关系。
电极至介质隧道电流密度:
① 在强电场时隧道电流随场强的增大而迅速增大,因 而必将导致介质失去绝缘性能。
② 福兰兹提出用隧道电流导致介质温升达到一定温度 (临界温度Tc)作为介质隧道击穿的判据。
③ 隧道电流与禁带宽度有密切关系,禁带狭窄时,较 低场强下就有很大的隧道电流。
机械击穿
局部放电引起的击穿
在工程上要制取一种连续均匀的固体介质材料是困难的, 通常固体介质中含有气隙,以下两种形式:
(1)电极与介质层之间留有气隙
(2)介质内部存在气隙或气泡
在外施电压作用下,当击穿场强较低的气体(气隙或气泡)中的局部电场强度达到气体的击穿场强时,这部分气 体开始放电,使介质发生不贯穿电极的局部击穿,这种现 象被称为局部放电击穿。
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