绝缘材料是电气设备的“防弹衣”。一旦这层防线被高压击穿，漏电、短路甚至火灾事故将不可避免。对于电缆、PCB基板及高压绝缘子制造商而言，如何知道你的材料在极端电场下能撑多久？击穿电压试验就是那道必须跨越的“鬼门关”。它不仅是安规认证的强制要求，更是评估材料耐压极限、预防电气灾难的核心手段。
击穿电压的概念与原理
击穿电压试验（Breakdown Voltage Test）是指测定绝缘材料（如塑料、橡胶、陶瓷、绝缘油、漆膜等）在强电场作用下发生电击穿时的临界电压值。该测试是评估电气绝缘材料安全性能最核心的指标。
当加在绝缘体两端的电压升高到一定数值时，绝缘体内部的带电粒子运动剧烈增加，导致分子结构破坏，绝缘状态瞬间丧失，电流急剧增加，产生电弧或火花。这一瞬间的电压称为击穿电压（Ub）。通常将击穿电压除以试样的厚度（d），得到介电强度（E），单位为kV/mm。
公式：$$E = \frac{U_b}{d}$$
介电强度越高，说明材料的绝缘性能越好。
试验种类与方法
- 工频交流击穿： 使用50Hz交流电进行测试，最接近实际工况，是目前最通用的方法。
- 直流击穿： 使用直流电压。通常直流击穿电压会比交流高，常用于电容器介质测试。
- 雷电冲击击穿： 模拟雷击或操作过电压的瞬态波形（1.2/50μs），主要用于高压输变电设备。
升压方式
升压速度对结果影响很大，标准规定了三种方式：
- 快速升压： 以恒定速度（如500V/s或2000V/s）连续升压，直至击穿。适用于快速筛选。
- 20秒逐级升压： 从预定电压开始，每级停留20秒，无击穿则升至下一级。
- 慢速升压： 从低压开始，以极慢的速度（如100V/min）升压，主要用于研究材料的热击穿特性。
电极选择
电极形状直接影响电场分布，必须严格按标准选用：
- 板电极： 直径25mm或75mm的圆柱体，用于薄膜、板材。
- 球电极： 直径20mm的球体，用于不平整表面或点接触测试。
- 针-板电极： 用于模拟极端不均匀电场下的耐受能力。
适用范围
- 电线电缆： 绝缘层（PE/PVC/XLPE）的耐压测试。
- PCB基板： 覆铜板的层间绝缘及耐漏电起痕。
- 绝缘漆/胶带： 电机绕组绝缘、变压器绝缘纸。
- 高压绝缘子： 陶瓷或复合绝缘子的沿面闪络电压。
主要检测标准
- GB/T 1408.1-2016 绝缘材料 电气强度试验方法 第1部分：工频下试验。
- ASTM D149 Standard Test Method for Dielectric Breakdown Voltage and Dielectric Strength。
- IEC 60243-1 Electrical strength of insulating materials – Test methods。
检测流程
步骤：预处理。根据标准对试样进行清洁、烘干或在特定温湿度下调节。
步骤：测厚。测量试样击穿点的厚度，通常需测量多点取平均值，精度要求高。
步骤：安装。将试样放置在上下电极之间，确保接触良好，必要时浸入绝缘油中（防飞弧）。
步骤：升压。按选定的升压方式（如快速升压），均匀升高电压，直至发生击穿（电流跳闸）。
步骤：计算。记录击穿电压值，计算介电强度（kV/mm）。
结果分析与案例
典型案例： 某款电动汽车电机用聚酰亚胺（PI）薄膜，厚度0.05mm，要求介电强度≥150kV/mm。实测击穿电压为6.5kV，计算介电强度为130kV/mm，不合格。显微镜观察击穿点，发现存在微小气泡。气泡在高压下发生局部放电（电树枝），导致绝缘提前失效。
常见问题（FAQ）
Q：为什么厚度越大，介电强度反而越低？
A：这是普遍规律。因为厚度增加后，材料内部存在缺陷（气孔、杂质）的概率增加，且散热变差，容易发生热击穿。因此，比较介电强度时，必须注明试样厚度。
Q：击穿后材料还能用吗？
A：固体绝缘材料击穿后，会留下碳化通道或穿孔，永久不可恢复，必须报废。液体（如变压器油）和气体（如SF6）击穿后，绝缘性能可在一定时间内自行恢复。
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总结
击穿电压试验是电气安全的红线。任何绝缘材料在投入使用前，都必须经过这道高压“鬼门关”的考验。
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