Độ bền điện môi của vật liệu cách điện được định nghĩa là điện trường lớn nhất mà nó có thể chịu được, nghĩa là không bị đánh thủng và trở nên dẫn điện qua đường dẫn bị đánh thủng. Độ bền điện môi cũng có thể được hiểu là điện áp lớn nhất mà vật liệu cách điện có thể chịu được cho tới khi nó bị điện áp đánh thủng/ làm cháy/ làm phân hủy kết cấu bên trong của vật liệu.
Độ bền điện môi được tính theo điện áp trên mỗi đơn vị độ dày (thường là V/mm – Volts trên milimeter), giá trị này càng cao thì khả năng cách điện của vật liệu đó càng lớn.
Đo cường độ điện môi
Các thử nghiệm tiêu chuẩn thường được sử dụng nhất để tính toán độ bền điện môi của một vật liệu cách điện là ASTM D149 hoặc IEC 60243-1, chủ yếu theo 3 phương pháp sau:
- Phương pháp thời gian ngắn (Short time): Trong phương pháp này, điện áp được đặt ở hai mặt của vật liệu và tăng liên tục cho đến khi vật liệu bị đánh thủng/ bị cháy hoặc xảy ra sự phân hủy bên trong vật liệu, tổng thời gian diễn ra từ 10s – 20s là thỏa đáng. Tốc độ tăng điện áp chọn một trong các giá trị: 100V/s, 200V/s, 500V/s, 1000V/s, 2000V/s, 5000V/s…
- Phương pháp tăng tốc độ chậm (Slow rate of rise): Điện áp ban đầu = 40% điện áp đánh thủng và tăng dần cho đến ngưỡng bị đánh thủng sao cho tổng thời gian từ 120s – 240s. Tốc độ tăng điện áp chọn một trong các giá trị: 2V/s, 5V/s, 10V/s, 50V/s, 100V/s, 200V/s, 500V/s, 1000V/s…
- Nếu thời gian diễn ra từ 300 – 600s thì được coi như phương pháp tăng tốc độ rất chậm.
Độ dày mẫu thử: Mẫu thử được khuyến khích có độ dày 4 inches hoặc lớn hơn.
Yếu tố ảnh hưởng độ bền điện môi
- Độ bền điện môi của vật liệu cách nhiệt thường giảm khi nhiệt độ tăng: Cần lưu ý là dưới nhiệt độ phòng, độ bền điện môi về cơ bản không phụ thuộc vào sự thay đổi nhiệt độ;
- Tải trọng cơ học có ảnh hưởng rõ rệt đến độ bền điện môi: Vì ứng suất cơ học có thể tạo ra các lỗ hổng bên trong và trở thành đường dẫn điện, vật liệu cách điện phải chịu thêm tải trọng cơ học cũng khiến giá trị độ bền điện môi bị giảm;
- Độ bền điện môi của vật liệu cách điện bị ảnh hưởng bởi các chi tiết chế tạo. Ngay cả những khuyết tật trông rất nhỏ đôi khi cũng có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ bền điện môi của vật liệu cách điện và có thể khiến độ bền của nó giảm nó đi 30 – 40%.
Giá trị độ bền điện môi
Độ bền điện môi của không khí là khoảng 3kV/mm, của XLPE là khoảng 21kV/mm nghĩa là về lý thuyết dây cáp cách điện XLPE 10mm có thể tải điện áp 210kV.
Tham khảo
Vật liệu Polymer | Giá trị nhỏ nhất (kV/mm) | Giá trị lớn nhất (kV/mm) |
ABS – Acrylonitrile Butadiene Styrene | 15.70 | 34.00 |
ABS Flame Retardant | 24.00 | 35.40 |
ABS High Heat | 12.00 | 20.00 |
ABS High Impact | 12.00 | 20.00 |
ABS/PC Blend – Acrylonitrile Butadiene Styrene/Polycarbonate Blend | 15.00 | 70.00 |
ABS/PC Blend 20% Glass Fiber | 29.90 | 30.00 |
Amorphous TPI Blend, Ultra-high heat, Chemical Resistant (Standard Flow) | 54.00 | 54.00 |
Amorphous TPI, Moderate Heat, Transparent | 17.00 | 17.00 |
Amorphous TPI, Moderate Heat, Transparent (Food Contact Approved) | 17.00 | 17.00 |
Amorphous TPI, Moderate Heat, Transparent (Mold Release grade) | 14.00 | 14.00 |
Amorphous TPI, Moderate Heat, Transparent (Powder form) | 17.00 | 17.00 |
ASA – Acrylonitrile Styrene Acrylate | 40.00 | 105.00 |
ASA/PC Blend – Acrylonitrile Styrene Acrylate/Polycarbonate Blend | 80.00 | 95.00 |
ASA/PC Flame Retardant | 90.00 | 90.00 |
CA – Cellulose Acetate | 8.00 | 15.00 |
CAB – Cellulose Acetate Butyrate | 10.00 | 16.00 |
CP – Cellulose Proprionate | 12.00 | 18.00 |
CPVC – Chlorinated Polyvinyl Chloride | 50.00 | 60.00 |
ECTFE – Ethylene ChloroTriFluoroEthylene | 14.00 | 14.00 |
ETFE – Ethylene Tetrafluoroethylene | 7.870 | 7.870 |
EVA – Ethylene Vinyl Acetate | 27.00 | 28.00 |
FEP – Fluorinated Ethylene Propylene | 22.00 | 79.00 |
HDPE – High Density Polyethylene | 17.00 | 24.00 |
HIPS – High Impact Polystyrene | 12.00 | 24.00 |
HIPS Flame Retardant V0 | 33.00 | 35.00 |
Ionomer (Ethylene-Methyl Acrylate Copolymer) | 40.00 | 40.00 |
LCP – Liquid Crystal Polymer | 32.00 | 39.00 |
LCP Glass Fiber-reinforced | 22.00 | 30.00 |
LCP Mineral-filled | 26.00 | 35.00 |
LDPE – Low Density Polyethylene | 16.00 | 28.00 |
MABS – Transparent Acrylonitrile Butadiene Styrene | 34.00 | 37.00 |
PA 11 – (Polyamide 11) 30% Glass fiber reinforced | 40.00 | 40.00 |
PA 11, Conductive | 24.00 | 55.00 |
PA 11, Flexible | 24.00 | 55.00 |
PA 11, Rigid | 24.00 | 55.00 |
PA 12 (Polyamide 12), Conductive | 24.00 | 55.00 |
PA 12, Fiber-reinforced | 24.00 | 55.00 |
PA 12, Flexible | 24.00 | 55.00 |
PA 12, Glass Filled | 24.00 | 55.00 |
PA 12, Rigid | 24.00 | 55.00 |
PA 46 – Polyamide 46 | 15.00 | 25.00 |
PA 46, 30% Glass Fiber | 25.00 | 35.00 |
PA 6 – Polyamide 6 | 10.00 | 20.00 |
PA 6-10 – Polyamide 6-10 | 16.00 | 26.00 |
PA 66 – Polyamide 6-6 | 20.00 | 30.00 |
PA 66, 30% Glass Fiber | 25.00 | 25.00 |
PA 66, 30% Mineral filled | 25.00 | 30.00 |
PA 66, Impact Modified, 15-30% Glass Fiber | 11.80 | 21.00 |
PA 66, Impact Modified | 18.00 | 90.00 |
PA 66, Carbon Fiber, Long, 30% Filler by Weight | 1.300 | 1.300 |
PAI – Polyamide-Imide | 23.60 | 24.00 |
PAI, 30% Glass Fiber | 27.60 | 34.00 |
PAR – Polyarylate | 17.00 | 17.00 |
PARA (Polyarylamide), 30-60% glass fiber | 23.70 | 30.00 |
PBT – Polybutylene Terephthalate | 15.00 | 30.00 |
PBT, 30% Glass Fiber | 50.00 | 50.00 |
PC (Polycarbonate) 20-40% Glass Fiber | 20.00 | 20.00 |
PC (Polycarbonate) 20-40% Glass Fiber Flame Retardant | 17.00 | 38.00 |
PC – Polycarbonate, high heat | 16.00 | 35.00 |
PCTFE – Polymonochlorotrifluoroethylene | 21.00 | 24.00 |
PE – Polyethylene 30% Glass Fiber | 19.70 | 19.70 |
PEEK – Polyetheretherketone | 20.00 | 20.00 |
PEEK 30% Carbon Fiber-reinforced | 18.50 | 19.00 |
PEEK 30% Glass Fiber-reinforced | 15.00 | 24.00 |
PEI – Polyetherimide | 28.00 | 33.00 |
PEI, 30% Glass Fiber-reinforced | 25.00 | 30.00 |
PEI, Mineral Filled | 20.00 | 25.00 |
PEKK (Polyetherketoneketone), Low Cristallinity Grade | 23.60 | 23.60 |
PESU – Polyethersulfone | 16.00 | 80.00 |
PESU 10-30% glass fiber | 14.60 | 40.00 |
PET – Polyethylene Terephthalate | 60.00 | 60.00 |
PET, 30% Glass Fiber-reinforced | 16.80 | 22.50 |
PETG – Polyethylene Terephthalate Glycol | 45.00 | 45.00 |
PFA – Perfluoroalkoxy | 2.100 | 2.200 |
PGA – Polyglycolides | 34.00 | 80.00 |
PI – Polyimide | 22.00 | 27.60 |
PMMA – Polymethylmethacrylate/Acrylic | 15.00 | 22.00 |
PMMA (Acrylic) High Heat | 18.70 | 20.00 |
PMMA (Acrylic) Impact Modified | 15.00 | 60.00 |
PMP – Polymethylpentene | 28.00 | 30.00 |
PMP 30% Glass Fiber-reinforced | 23.60 | 23.60 |
PMP Mineral Filled | 23.60 | 23.60 |
POM – Polyoxymethylene (Acetal) | 13.80 | 20.00 |
POM (Acetal) Impact Modified | 19.00 | 19.00 |
POM (Acetal) Low Friction | 16.00 | 16.00 |
PP – Polypropylene 10-20% Glass Fiber | 30.00 | 45.00 |
PP, 10-40% Mineral Filled | 30.00 | 70.00 |
PP, 10-40% Talc Filled | 30.00 | 70.00 |
PP, 30-40% Glass Fiber-reinforced | 30.00 | 45.00 |
PP (Polypropylene) Copolymer | 20.00 | 28.00 |
PP (Polypropylene) Homopolymer | 20.00 | 28.00 |
PP, Impact Modified | 20.00 | 28.00 |
PPA – Polyphthalamide | 20.80 | 20.90 |
PPA, 30% Mineral-filled | 20.00 | 22.00 |
PPA, 33% Glass Fiber-reinforced | 20.00 | 22.00 |
PPA, 33% Glass Fiber-reinforced – High Flow | 18.00 | 20.00 |
PPA, 45% Glass Fiber-reinforced | 22.00 | 24.00 |
PPE – Polyphenylene Ether | 20.00 | 22.00 |
PPE, 30% Glass Fiber-reinforced | 22.00 | 22.00 |
PPE, Flame Retardant | 16.00 | 25.00 |
PPE, Impact Modified | 1.000 | 1.100 |
PPS – Polyphenylene Sulfide | 11.00 | 24.00 |
PPS, 20-30% Glass Fiber-reinforced | 13.80 | 17.00 |
PPS, 40% Glass Fiber-reinforced | 17.00 | 17.00 |
PPS, Glass fiber & Mineral-filled | 13.00 | 13.00 |
PPSU – Polyphenylene Sulfone | 14.20 | 20.00 |
PS (Polystyrene) 30% glass fiber | 15.00 | 19.70 |
PS (Polystyrene) Crystal | 16.00 | 28.00 |
PSU – Polysulfone | 15.00 | 10.00 |
PSU, 30% Glass finer-reinforced | 16.90 | 40.00 |
PTFE – Polytetrafluoroethylene | 17.00 | 24.00 |
PTFE, 25% Glass Fiber-reinforced | 20.00 | 20.00 |
PVC, Plasticized | 10.00 | 30.00 |
PVC, Plasticized Filled | 10.00 | 30.00 |
PVC Rigid | 10.00 | 40.00 |
PVDF – Polyvinylidene Fluoride | 10.00 | 27.00 |
SAN – Styrene Acrylonitrile | 12.00 | 24.00 |
SAN, 20% Glass Fiber-reinforced | 19.70 | 20.00 |
SMA – Styrene Maleic Anhydride | 16.00 | 16.00 |
SMA, 20% Glass Fiber-reinforced | 21.00 | 21.00 |
SMMA – Styrene Methyl Methacrylate | 19.70 | 19.70 |
UHMWPE – Ultra High Molecular Weight Polyethylene | 28.00 | 28.00 |