有機硅材料測試電壓擊穿有哪些耐電特性？
大(da)家在日常(chang)使用電壓擊穿的時候(hou)，有(you)(you)(you)好多是有(you)(you)(you)機硅材料，那(nei)么有(you)(you)(you)哪些耐電特性？下面我(wo)來為大(da)家解答一下:
絕緣材料(liao)(liao)擊穿(chuan)是在電(dian)(dian)(dian)(dian)應力(li)作用下(xia)(xia)導(dao)致材料(liao)(liao)內部(bu)絕緣性(xing)能嚴重損失，發(fa)生穿(chuan)孔或出現碳(tan)化通道，并引起回路電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)的(de)(de)現象。材料(liao)(liao)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)擊穿(chuan)特性(xing)直觀反映了材料(liao)(liao)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)絕緣能力(li)。本文搭建了有(you)(you)機(ji)硅(gui)(gui)凝(ning)膠工頻耐(nai)電(dian)(dian)(dian)(dian)特性(xing)實(shi)驗(yan)平(ping)臺，研究溫度對有(you)(you)機(ji)硅(gui)(gui)凝(ning)膠耐(nai)電(dian)(dian)(dian)(dian)特性(xing)的(de)(de)影響(xiang)規律。實(shi)驗(yan)設(she)計依據 IEC 60243標準設(she)計實(shi)驗(yan)平(ping)臺如圖 10 所示，交流(liu)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)源輸出電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya) 0～100kV，電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)畸變率小于 2%，升壓(ya)速率 2kV/s，升壓(ya)曲線如圖 10 所示。被測試品的(de)(de)模具(ju)容積為(wei)(wei)(wei) 200mL，電(dian)(dian)(dian)(dian)極為(wei)(wei)(wei)銅制球球電(dian)(dian)(dian)(dian)極，電(dian)(dian)(dian)(dian)極直徑 13mm，電(dian)(dian)(dian)(dian)極間距 1mm。基于實(shi)驗(yan)室內制備的(de)(de)有(you)(you)機(ji)硅(gui)(gui)凝(ning)膠樣品，測試了不(bu)同溫度下(xia)(xia)有(you)(you)機(ji)硅(gui)(gui)凝(ning)膠的(de)(de)工頻耐(nai)電(dian)(dian)(dian)(dian)特性(xing)。球球電(dian)(dian)(dian)(dian)極結(jie)構下(xia)(xia)，擊穿(chuan)場強近似(si)計算(suan)公式(shi)為(wei)(wei)(wei)：Ebd=Ubd/sη
式中(zhong)，Ebd 為擊穿場(chang)強峰(feng)值；Ubd 為擊穿電壓最(zui)大值；s 為氣隙間距；h 為 Schwaiger 系(xi)數，對于較(jiao)均勻場(chang)，n取值為 0.9。
實驗結(jie)果(guo)展(zhan)示了(le)有(you)機硅(gui)凝(ning)膠的(de)(de)擊(ji)(ji)穿(chuan)(chuan)(chuan)現象及擊(ji)(ji)穿(chuan)(chuan)(chuan)通(tong)道(dao)。Ⅰ展(zhan)示了(le)發(fa)生擊(ji)(ji)穿(chuan)(chuan)(chuan)瞬間(jian)(jian)，有(you)機硅(gui)凝(ning)膠產生強烈的(de)(de)光信號(hao)；Ⅱ展(zhan)示了(le)放電(dian)發(fa)生后(hou)瞬間(jian)(jian)，球(qiu)球(qiu)電(dian)極間(jian)(jian)產生了(le)氣泡(pao)，并且(qie)在顯(xian)微鏡下觀(guan)察了(le)氣泡(pao)形(xing)態(tai)；擊(ji)(ji)穿(chuan)(chuan)(chuan)后(hou)的(de)(de)樣品放置一(yi)段時(shi)間(jian)(jian)后(hou)，將進入(ru)Ⅲ狀態(tai)，球(qiu)球(qiu)電(dian)極間(jian)(jian)的(de)(de)氣泡(pao)變小；最終形(xing)成圖(tu) 11 中Ⅳ所示的(de)(de)電(dian)樹枝通(tong)道(dao)，此(ci)時(shi)硅(gui)凝(ning)膠喪失耐壓能力。絕緣材料的(de)(de)擊(ji)(ji)穿(chuan)(chuan)(chuan)起始于材料內部絕緣弱點(dian)，而聚合物中的(de)(de)缺陷是(shi)隨(sui)機分布的(de)(de)，因此(ci)聚合物的(de)(de)擊(ji)(ji)
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(gai)(gai)率密(mi)度(du)(du)(du)(du)(du)分(fen)布(bu)函數；a 為(wei)(wei) 63%對應的(de)(de)分(fen)位數，也稱(cheng)為(wei)(wei)尺度(du)(du)(du)(du)(du)參數，表(biao)示發(fa)生概(gai)(gai)率為(wei)(wei) 63%的(de)(de)擊(ji)穿電(dian)(dian)壓(ya)(ya)值；b 為(wei)(wei)度(du)(du)(du)(du)(du)量分(fen)散(san)程度(du)(du)(du)(du)(du)的(de)(de) Weibull 指數，也稱(cheng)為(wei)(wei)形狀參數，表(biao)示擊(ji)穿電(dian)(dian)壓(ya)(ya)的(de)(de)變(bian)化(hua)幅度(du)(du)(du)(du)(du)，b 越大，其(qi)擊(ji)穿場(chang)強變(bian)化(hua)幅度(du)(du)(du)(du)(du)越小；U 為(wei)(wei)有機(ji)硅(gui)凝(ning)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)擊(ji)穿電(dian)(dian)壓(ya)(ya)。測試了(le)傳統脫(tuo)氣(qi)曲線(xian)與(yu)改(gai)進(jin)脫(tuo)氣(qi)曲線(xian)制備的(de)(de)有機(ji)硅(gui)凝(ning)膠(jiao)(jiao)樣品(pin)(pin)在 200℃的(de)(de)恒溫箱中處(chu)理后的(de)(de)擊(ji)穿電(dian)(dian)壓(ya)(ya)值，通(tong)過式（3）計算 Weibull 分(fen)布(bu)得(de)出累計概(gai)(gai)率密(mi)度(du)(du)(du)(du)(du)曲線(xian)，200℃下(xia)制備工(gong)(gong)藝對有機(ji)硅(gui)凝(ning)膠(jiao)(jiao)擊(ji)穿電(dian)(dian)壓(ya)(ya)的(de)(de)影響200℃下(xia)，原始制備工(gong)(gong)藝得(de)到(dao)(dao)的(de)(de)有機(ji)硅(gui)凝(ning)膠(jiao)(jiao)樣品(pin)(pin)內(nei)出現氣(qi)泡，依據 Weibull 分(fen)布(bu)統計得(de)到(dao)(dao)工(gong)(gong)頻耐受(shou)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)為(wei)(wei) 31.30kV；而(er)改(gai)進(jin)的(de)(de)制備工(gong)(gong)藝得(de)到(dao)(dao)的(de)(de)有機(ji)硅(gui)凝(ning)膠(jiao)(jiao)樣品(pin)(pin)在 200℃下(xia)未見(jian)氣(qi)泡，工(gong)(gong)頻耐受(shou)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)為(wei)(wei)35.34kV。對比(bi)兩(liang)種制備工(gong)(gong)藝獲(huo)得(de)的(de)(de)有機(ji)硅(gui)凝(ning)膠(jiao)(jiao)樣品(pin)(pin)，改(gai)進(jin)的(de)(de)制備工(gong)(gong)藝使得(de)有機(ji)硅(gui)凝(ning)膠(jiao)(jiao)樣品(pin)(pin)在 200℃下(xia)耐壓(ya)(ya)能力(li)提升了(le) 12.9%。
為獲得溫(wen)度(du)對有(you)機硅(gui)凝膠耐壓特性的(de)影響(xiang)規律(lv)，測(ce)試了不同溫(wen)度(du)下(xia)有(you)機硅(gui)凝膠的(de)工頻擊穿電壓，依據(ju)式（3）計算 Weibull 分布(bu)，得出每個溫(wen)度(du)點下(xia)的(de)累計概率密度(du)曲線(xian)如(ru)圖 13 所示(shi)。不同溫(wen)度(du)下(xia)有(you)機凝膠的(de) Weibull 分布(bu)參數見表(biao) 2。
根據 Weibull 分(fen)布統計結果，獲得了不(bu)同溫(wen)(wen)度下，有(you)(you)(you)機(ji)(ji)硅(gui)(gui)(gui)凝膠(jiao)(jiao)的擊(ji)穿(chuan)場(chang)強(qiang)(qiang)，如(ru)圖(tu) 14 所示。從圖(tu)14 可知，溫(wen)(wen)度對有(you)(you)(you)機(ji)(ji)硅(gui)(gui)(gui)凝膠(jiao)(jiao)的絕(jue)緣性能有(you)(you)(you)重要(yao)影響，隨著(zhu)溫(wen)(wen)度升高，23～80℃之間，有(you)(you)(you)機(ji)(ji)硅(gui)(gui)(gui)凝膠(jiao)(jiao)的擊(ji)穿(chuan)場(chang)強(qiang)(qiang)有(you)(you)(you)所降低，但降低程度較小；當溫(wen)(wen)度達(da)到120℃左右時，有(you)(you)(you)機(ji)(ji)硅(gui)(gui)(gui)凝膠(jiao)(jiao)的擊(ji)穿(chuan)場(chang)強(qiang)(qiang)明顯下降；當溫(wen)(wen)度達(da)到 200℃時，有(you)(you)(you)機(ji)(ji)硅(gui)(gui)(gui)凝膠(jiao)(jiao)的擊(ji)穿(chuan)場(chang)強(qiang)(qiang)只有(you)(you)(you)約常溫(wen)(wen)下的一半。
