橡膠制品具有良好的電絕緣性,所以它被廣泛用于電力、通訊、勞動保護等行業(yè),主要應用產(chǎn)品有電纜、絕緣板材、絕緣靴鞋、絕緣手套等。這些產(chǎn)品在出廠前,必須按標準規(guī)定進行電氣絕緣性能的檢測,并以此作為產(chǎn)品質(zhì)量定級的依據(jù)。在電氣性能檢測中,如果產(chǎn)品發(fā)生了電擊穿.那么該產(chǎn)品即判定為不合格。

1、固體絕緣的擊穿理論：

固體絕緣的擊穿常見的有電擊穿、熱擊穿及電化學擊穿三種形式。為了便于對各種擊穿現(xiàn)象進行討論,首先簡介固體絕緣的擊穿理論。

電擊穿：

固體絕緣的電擊穿主要是指在固體介質(zhì)中發(fā)生碰撞電離而產(chǎn)生的擊穿,它不包括由邊緣效應介質(zhì)劣化等原因引起的擊穿。固體絕緣體中存在少量傳導電子,它在電場加速下將與晶格結(jié)點上的原子碰撞,但因固體絕緣體中原子相互聯(lián)系十分緊密,所以必須考慮傳導電子與晶格的碰撞。解釋由碰撞電離引起擊穿的過程有兩種理論:

(l)固有擊穿理論:單位時間內(nèi)傳導電子從電場中獲得的能量與單位時間內(nèi)由于碰撞而失去的能量之間因不平衡而引起的擊穿。

(2)電子崩擊穿理論:傳導電子經(jīng)電場作用得到了可使晶格原子電離的能量,產(chǎn)生了電子崩,當電子崩足夠強時,引起固體介質(zhì)的擊穿。電擊穿的特點是:電壓作用時間短,擊穿電壓高,介質(zhì)溫度不高;擊穿場強與電場均勻程度有密切關系,而與周圍環(huán)境溫度幾乎無關。

1.2熱擊穿：

當固體介質(zhì)加上電場時,介質(zhì)將發(fā)生損耗,引起發(fā)熱,使介質(zhì)溫度升高,而介質(zhì)的電阻具有負的溫度系數(shù),即溫度上升時電阻將變小,這又會使電流進一步增大,損耗發(fā)熱亦跟著增大,因此如果介質(zhì)中發(fā)生的熱量比發(fā)散的熱量大時,介質(zhì)溫度將不斷上升,進一步將引起介質(zhì)分解、炭化等,使介質(zhì)擊穿。

1.3電化學擊穿：

由于電化學擊穿一般需要很長時間,而橡膠絕緣制品的電性能試驗,施加電壓的時間一般在1-3min,因此,本文不做討論。

1.4電擊穿與熱擊穿的關系：

橡膠絕緣制品的電擊穿和熱擊穿是絕緣擊穿的兩種不同的形式,它們形成的條件不同,但相互間又有緊密聯(lián)系。電擊穿是當施加在制品兩端的電壓很高,形成的電場足夠強時,硫化橡膠中存在的少量自由電子在電場作用下激烈運動,最后導致?lián)舸?。電擊穿是由于電場的作用而造成?發(fā)展過程極快(可達10⁶-10⁸)。制品電斟色測試過程中,測試電壓剛升到甚至未升到規(guī)定電壓即出現(xiàn)擊穿時,就是電擊穿形式的表現(xiàn),因為此時時間很短,熱和化學的影響還來不及起作用。而當交流電壓作用時間較長時的擊穿,則另一種擊穿形式一一熱擊穿往往起決定作用了。熱擊穿是在電壓作用時間較長的情祝下發(fā)生的。由于在電場作用下的介質(zhì)損耗將使橡膠制品內(nèi)部發(fā)熱、溫度上升,與此同時也向周圍散熱,若發(fā)生熱量大于散熱量,則溫度將繼續(xù)升高,這時介質(zhì)損耗也隨溫度升高而增加,隨著內(nèi)外溫差的加大,散熱速度也在增快。但若所加電壓足夠高,使發(fā)熱量一直大于散熱量,溫度就會持續(xù)上升,最后由于溫度過高導致橡膠制品的絕緣特性喪失而被擊穿。

2、影響擊穿的因素分析：

天然橡膠和大部分合成橡膠都有很高的介電性,因此橡膠作為電絕緣材料得到了廣泛應用,如電絕緣膠板、絕緣靴鞋、帶電絕緣手套等。在這些制品的技術指標中,電氣絕緣性能是該產(chǎn)品考核的基本功能。本文以絕緣鞋(多部件貼合,熱硫化)、絕緣手套(模具硫化)兩個具有代表性的試驗結(jié)果為例,以擊穿理論為依據(jù),分析擊穿與幾個影響因素之間的關系及其規(guī)律。

2.1擊穿與制品厚度的關系：

在一定范圍內(nèi),橡膠絕緣制品的厚度與其擊穿電壓并不成線性關系(見圖1)。隨著厚度增加,擊穿電壓的上升速度比較緩慢。根據(jù)熱擊穿理論分析,隨厚度的增加,制品的散熱條件發(fā)生了變化,導致內(nèi)部溫度上升,從而使制品擊穿率相對增加。

2.2擊穿與環(huán)境通度的關系：

每到夏天,絕緣制品尤其是高壓絕緣制品的擊穿率上升(以c型絕緣手套為例),見圖2。根據(jù)熱擊穿理論分析,因為熱擊穿與環(huán)境溫度有關,所以環(huán)境溫度愈高,制品越不容易散熱,擊穿率越高。

2.3、擊穿與試電時間的關系：

隨著施加電壓作用時間的增加,制品擊穿率升高(以A型絕緣手套為例),見圖3。這是因為施加電壓足夠強時,傳導電子得到了可使晶格原子電離的能量,同時,由于制品內(nèi)部發(fā)熱t(yī)大于散熱量,隨著時間增加,溫度將會升高使橡膠制品的絕緣特性喪失導致制品擊穿。

2.4、擊穿與連續(xù)試電次數(shù)的關系：

(l)絕緣制品在電性能測試過程中,如果連續(xù)試電若干次,它的擊穿率就會逐漸增加(以c型絕緣手套試驗為例),見圖4。這是因為絕緣制品在沖擊電壓作用下的“累積效應",即在沖擊電壓作用下絕緣制品的擊穿電壓隨沖擊電壓作用次數(shù)的增加而下降。

(2)橡膠絕緣制品高壓測試過程也是高壓放電過程,在電場的作用下高壓放電對環(huán)境中的氧氣產(chǎn)生電離而產(chǎn)生臭氧,抽樣不穩(wěn)定且對絕緣橡膠表面氧化老化,使其表面產(chǎn)生龜裂,隨著測試次數(shù)的增加龜裂裂紋越深,絕緣橡膠制品的絕緣強度下降,造成了重復試驗擊穿率提高。

2.5、擊穿與制品內(nèi)部雜質(zhì)、氣泡的關系：

在前幾組試驗中發(fā)生擊穿的制品,部分由于制品內(nèi)部存在雜質(zhì)和氣泡,在規(guī)定的i斑撿電壓下,基本者險造成擊穿而被剔除。對于含有雜質(zhì)和氣泡的不均勻絕緣制品而言,即使在均勻電場中,制品內(nèi)部的電場分布也是很不均勻的,在不均勻的電場中,電極邊緣處有局部放電產(chǎn)生而引起擊穿電壓下降,這種現(xiàn)象通常稱為“邊緣效應,,。因此,當制品內(nèi)部存在雜質(zhì)時,由于“邊緣效應"會導致?lián)舸╇妷合陆?當有氣泡存在時,介電系數(shù)8較小,氣泡中的電場較強,而氣泡本身的耐場強又較低,因而這些氣泡總是先游離而發(fā)生局部放電,導致?lián)舸╇妷合陆怠?/span>

3、結(jié)論：

對以上幾組試驗結(jié)果做了分析后,可以得出如下結(jié)論:橡膠絕緣制品的試電擊穿率隨環(huán)境溫度的增加而升高,隨試電時間的增加而升高,隨連續(xù)試電次數(shù)的增加而升高;在一定范圍內(nèi),制品的擊穿電壓隨制品厚度的增加而升高,但升高程度比較低。

4、建議：

在設計生產(chǎn)橡膠絕緣制品時,應注意以下幾點:

(l)精選材料,加強工藝管理,防止雜質(zhì)混入膠料中。(2)根據(jù)需要,設計合適的制品厚度。

(3)精心設計半成品的制作工藝,保證制品內(nèi)部的密度。

(4)選擇合適的試電設備,盡量能使每個產(chǎn)品單獨試電,以避免沖擊電壓“累積效應"的作用。

推薦設備：

ZJC-50KV電壓擊穿試驗儀

ZJC-100KV電壓擊穿試驗儀