电介质的击穿特性
液体和固体电介质的击穿特性
一、电介质的组合原则
直流电压下，各层绝缘分担的电压与其绝缘电阻 成正比，亦即场强与各层电导率σ 成反比： E1/E2=σ 2/ σ
则E1σ 1= E2σ 2 ，各层Eb1 σ 定。
1 1
值小的先击穿，由电导率决
二、组合绝缘的特点
1、“油－屏障”式绝缘
油浸电力变压器主绝缘采用的是“油-屏障”式绝缘 结构，在这种组合绝缘中以变压器油作为主要的电介 质，在油隙中放置若干个屏障是为了改善油隙中的电 场分布和阻止贯通性杂质小桥的形成。一般能将电气 强度提高30％～50％。
电压作用时 间越短，液体的击 穿电压越高，因为 形成杂质“小桥” 需要时间。
稍不均匀电场中变压器油的伏秒特性曲线
在电压作用时间短至几个微秒时击穿电压很高，
击穿有时延特性，属电击穿；
电压作用时间为数十到数百微秒时，杂质的影响
还不能显示出来，仍为电击穿，这时影响油隙击
穿电压的主要因素是电场的均匀程度；
发生两种情况：
(1)杂质小桥尚未接通电极时，则纤维等杂质 与油串联，由于纤维的εr大以及含水分纤维的电 导大，使其端部油中电场强度显著增高并引起电离，
于是油分解出气体，气泡扩大，电离增强，这样下
去必然会出现由气体小桥引起的击穿。
(2)如果杂质小桥尚未接通电极，因小桥的电 导大而导致泄漏电流增大，发热会促使汽化，气 泡扩大，发展下去会出现气体小桥，使油隙发生 击穿。
复合绝缘体：不同的绝缘体组合起来使用。 一方面，复合绝缘相互弥补弱点，得到更高的 击穿场强； 另一方面，实用绝缘结构很难使用单一绝缘。
一、电介质的组合原则
常见的复合绝缘体：由多种电介质构成的层叠绝缘
理想的电压分布：各层电介质承受的场强与该层介 质的耐电强度成正比，这样整个组合绝缘的电气 强度最高，各层绝缘材料的利用也最合理、最充 分。
第三章 液体和固体电介质的击穿特性2018.4
一、 固体电介质的击穿机理
在电场作用下，固体介质可能因以下过程而被击穿：
➢电过程（电击穿）
t< 0.2 s
➢热过程（热击穿）
t>0.2 s
➢电化学过程（电化学击穿） 数十小时
1 电击穿过程
固体介质的电击穿是指仅仅由于电场的作用而 直接使介质破坏并丧失绝缘性能的现象，电击穿过 程与气体中相似，碰撞电离形成电子崩。固体电介 质中存在的少量传导电子，在电场加速下与原子碰 撞，使其游离产生电子崩，从而引起击穿。
在不均匀电场中，介质厚度越大，电场越不均匀，击穿电 压不再随厚度的增加而线性增加。即使在电击穿的范围内，随 着介质厚度的增大，平均击穿场强仍将减小。当厚度增加使散 热困难到可能引起热击穿时，增加厚度的意义就更小了。
4、电压种类
直流击穿电压比工频击穿电压（幅值）高。而交 流电压下，工频交流击穿电压要高于高频交流击穿电 压。在冲击电压下，由于电压作用时间极短，一般发 生电击穿，因此击穿电压比工频交流和直流下都高。
无论电场均匀与否，变压器油的击穿电压都随电压作用时 间的增大而减小。
（五）压力的影响 不论电场均匀度如何，工业纯变压器油的工频 击穿电压总是随油压的增加而增加，这是因为油 中气泡的电离电压增高和气体在油中的溶解度增 大的缘故。
油中含气体时：压力↑ → Ub油↑(气体在油中溶解量↑) 油经脱气处理：压力对Ub油影响较小
非纯净液体电介质 （工程用液体电介质）
➢ 油中杂质：水分、固体绝缘材料（如纸、布）脱 落纤维、液体本身老化分解。
➢ 小桥形成：由于水和纤维的介电常数分别为81和 6~7，比油的介电常数1.8~2.8大得 多，从而这些 杂质容易极化并在电场方向定向排列成小桥。
受潮纤维在电极间定向示意图
耐压测试原理
耐压测试原理
耐压测试是指在一定的环境条件下，对被测物体进行一定时间的电压或电流加载，以检验其在高电压或高电流作用下的绝缘性能和耐受能力。
耐压测试可以有效地发现被测物体在高电压或高电流条件下可能存在的绝缘缺陷或故障，是电气设备和电子产品生产过程中非常重要的一项测试。
首先，耐压测试的原理是基于电介质的击穿特性。
当电介质内部的电场强度达到一定数值时，电介质会发生击穿现象，导致绝缘失效。
因此，耐压测试就是通过施加高电压或高电流，对被测物体的绝缘性能进行检验，以确定其能否在规定的电压或电流条件下正常工作。
其次，耐压测试的原理还涉及到电气设备的安全性能。
在现代电气设备中，为了保证人身安全和设备的正常运行，通常需要对设备的绝缘性能进行严格的测试。
耐压测试就是一种常用的手段，通过对设备的外壳和绝缘部分施加高压，以验证其能否承受规定的电压而不发生绝缘故障，从而保障设备的安全性能。
另外，耐压测试的原理还包括对电子产品的可靠性测试。
在电子产品的生产过程中，为了确保产品的质量和可靠性，通常需要进行耐压测试。
通过对电子产品的绝缘部分进行高压加载，可以检验产品在高压条件下的工作稳定性和耐受能力，从而提高产品的可靠性和稳定性。
总之，耐压测试的原理是基于电介质的击穿特性和电气设备的安全性能要求，通过施加高电压或高电流，对被测物体的绝缘性能进行检验，以确保其在高压条件下的安全可靠性。
耐压测试在电气设备和电子产品生产过程中具有重要的意义，可以有效地发现潜在的绝缘缺陷和故障，保障产品的质量和安全性能。
第三章固体电介质和液体电介质的击穿特性
一、液体电介质的击穿机理（击穿过程）
液体电介质
纯净的液体电介质 击穿机理不同
工程用液体电介质（含杂质）
一、液体电介质的击穿机理（击穿过程）
1．电击穿过程（碰撞游离）
碰撞游离开始作为击穿条件 电子崩发展至一定大小为击穿条件
液体电介质
纯净的液体电介质
击穿机理
电击穿过程
工程用液体电介质（含杂质）
电击穿过程 气泡击穿过程
二、影响液体介质击穿电压的主要因素
1.杂质
2.温度 3.电场的均匀程度 4.电压作用时间 5.压力
二、影响液体介质击穿电压的主要因素
油中含有杂质，击穿电压就会显著降低!
通过标准油杯中 变压器油的工频击 穿电压来衡量油的 品质
引言
空气的耐电强度 液体介质的耐电强度 固体介质的耐电强度
10 — 30kV/cm左右； 100 — 200 kV/cm； 一百多 — 几千kV/cm
液体、固体电介质是电气设备内绝缘的主要绝缘材料。
液体、固体电介质的电气强度高，用它们作为绝缘介质，可以大 大缩小导体间的绝缘距离，从而减小电气设备的体积。
二、影响液体介质击穿电压的主要因素 2.温度
①干燥的油 温度对有的击穿电压影响很小 ②受潮的油 冰－溶解－汽化＝击穿电压“N”形变化
二、影响液体介质击穿电压的主要因素
3.电场均匀程度
电场愈均匀，杂质越易形成“小桥”， 杂质对油在工频电压下的击穿电压的影响愈大。
优质油：保持油不变，而改善电场均匀度，能使工频击穿电 压显著增大，也能大大提高其冲击击穿电压。
绝缘油的试验项目及标准
液体、固体电介质特性
直流电压下，绝缘等效为绝缘电阻，各层绝缘承受的电 压与其绝缘电阻成正比；【电气强度高、电导率小的材 料用在电场最强处】
交流和冲击电压下，绝缘等效为电容，各层绝缘承受的 电压与其电容成反比；【电气强度高、介电常数小的材 料用在电场最强处】
U
r1 r2
r0
12
E2
r
2
[
1
1
ln
U r1 r0
1
2
ln
r2 r1
]
优点：绝缘材料的利用率高
实现：电缆绝缘中用不同的绝缘纸。电缆纸的介电常数与密 度有关 ，密度大的纸（高）与低密度纸搭配使用多层分阶27。
2.5 电介质的老化
绝缘老化的成因
➢ 电老化——局部放电 ➢ 热老化——热作用下的氧化 ➢ 环境老化——污染性化学老化
U
(R1
R2
... Rn )I
(1
1
d1 S
1
2
d2 S
...
1
n
dn )I S
1 S
( d1
1
d2
2
...
dn )I
n
RI
I U R
U1
R1I
1
1
d1 S
I
d1
1S
U R
1
(
d1
1
Ud1 d2 ...
2
dn
n
)
E1
U1 d1
1
(
d1
1
U d2 ...
2
dn )
n
1
气体电介质的击穿 液体电介质的击穿 固体电介质的击穿
第5章电介质的击穿气体电介质的击穿液体电介质的击穿固体电介质的击穿¾电介质的击穿介质发生击穿时，通过介质的电流剧烈地增加，通常以介质伏安特性斜率趋向于∞（即dI/dU=∞）——击穿发生的标志。
¾击穿电压¾击穿场强：电介质的击穿场强是电介质的基本电性能之一，它决定了电介质在电场作用下保持绝缘性能的极限能力。
5.1 气体电介质的击穿¾正常气体中的载流子(离子和电子)在外电场作用下迁移，形成电流电流随电压增加而增加电离产生的载流子来不及复合，全部到达电极气体中出现碰撞电离，载流子浓度增大，电流不再保持恒定而迅速上升载流子数剧增，气体中的电流无限增大(dI/dU→∞)——丧失绝缘性能。
气体击穿（气体放电）：气体由绝缘状态变为良导电状态的过程。
击穿场强：均匀电场中击穿电压与气体间隙距离之比.击穿场强反映了气体耐受电场作用的能力，即气体的电气强度。
平均击穿场强：不均匀电场中击穿电压与间隙距离之比称¾气体发生击穿时除电流剧增外，通常还伴随有发光及发热等现象。
5.1.1 均匀电场中气体击穿的理论1.气体击穿的汤逊（Townsend）理论电子崩形成过程(电子倍增过程)（1）电子崩与电流倍增外界电离因子在阴极附近产生了一个初始电子，如果空间电场强度足够大，该电子在向阳极运动时就会引起碰撞电离，产生一个新的电子，初始电子和新电子继续向阳极运动，又会引起新的碰撞电离，产生更多的电子。
α如电离系数为，则从阴极出发的一个电子，行经单位距离后增加为2α个电子。
类似雪崩似地发展，这种急剧增大的空间电子流被称为电子崩。
电子崩模型右图所示，在电子崩发展过程中，崩头最前面集中着电子，其后直到崩尾是正离子。
在强电场中出现电子崩α的过程称为过程。
这样的放电依赖于外界条件的，也称为非自持放电.（2）气体的自持放电实验发现，当气隙不太宽时，放电与电极材料有关，因而导致考虑γ过程的作用，由γ过程和过程一起来决定气隙中的电流。
第三章 液体和固体电介质的击穿特性
2、采用固体介质降低杂质的影响 2）绝缘层——在曲率半径很小的电极包缠很厚的固体绝缘，改善 油中的电场分布。适用于极不均匀电场。
1）覆盖——在曲率半径较小的电极覆盖固体绝缘，以切断杂质小 桥、限制泄漏电流。适用于电场比较均匀的场合。
紧紧包在小曲率半径上 薄固体绝缘层（诸如电缆纸、黄蜡布、 漆膜等）称为覆盖，其厚度一般只有零点几微米，所以不会引起油 中电场的变化。它能阻止杂质小桥直接接触电极，因而能有效的控 制泄漏电流，从而阻碍杂质击穿过程的发展。电场约均匀，杂质小 桥对油隙击穿电压的影响越大，采用覆盖的效果越显著。由于采用 覆盖花费不多，而收效明显，所以在各种充油的电气设备中都很少 采用裸导体。
当覆盖的厚度增大到能分担一定电压时，即成为绝缘层，一般 厚度为数毫米到数十毫米。绝缘层不但能象覆盖那样减小油中杂质 的有害影响，而且能降低电极表面附近的电场强度，大大提高整个 油隙的工频击穿电压和冲击击穿电压。变压器中某些线饼或静电屏 上包以较厚的绝缘层都是为了这个目的。
3）屏障——”油-纸”或“油-布”绝缘，切断杂质小桥，改善电场 分布，提高油间隙的工频击穿电压。屏障的形式要因电极形状而定， 并且，屏障要足够大，已能包住电极。 如果在油隙中放置尺寸、形状与电极相适应、厚度为1～5mm 的层压纸板（筒）或层压布板（筒）屏障，那么它既能阻止杂质小 桥的形成又象气体屏障那样拦住一部分带电粒子，使电场变得比较 均匀。电场越不均匀，放置屏障的效果越好。 如果用多重屏障将油隙分隔成多个较短油隙，则击穿场强能 提高更多。但相临屏障间距不宜太小，因为这不利于油隙冷却循 环。另一方面，屏障的总厚度也不能太大，因为固体介质的介电 常数比变压器油大。所以固体介质总厚度的增加会引起油中电场 强度的增大。通常设计时控制屏障的总厚度不大于整个油隙长度 的1/3。
液体和固体电介质的击穿特性解读
固体电介质的击穿过程最复杂，且击穿后是唯一不可恢复 的绝缘
普遍规律：任何介质的击穿总是从电气性能最薄弱的缺陷 处发展起来的，这里的缺陷可指电场的集中，也可指介质 的不均匀性
一、 击穿机理——（1）电击穿理论
电击穿理论建立在固体电介质中发生碰撞电离基础上，固体电 介质中存在少量传导电子，在电场加速下与晶格结点上的原子
碰撞，从而导致击穿
电击穿的特点：电压作用时间短，击穿电压高，击穿电压与环
境温度无关，与电场均匀程度有密切关系，与电压作用时间关 系很小。
当固体电介质的介质损耗很小、有良好的散热条件，且内部不
存在局部放电，这种情况下发生的击穿通常是电击穿。其击穿
场强一般可达105～106kV／m 。
击穿理论——（2）热击穿理论
3.1液体电介质的击穿特性
液体电介质的击穿机理
影响液体电介质击穿电压的因素
提高液体电介质击穿电压的方法
液体电介质不仅具有较高的电气强度，而且它的流 动性使其还具有散热和灭弧作用，同时可以与固体 介质结合，填充固体电介质的空隙，从而大大提高 绝缘的局部放电起始电压和绝缘的电气强度 液体介质主要有天然的矿物油（变压器油、电容器 油和电缆油）和人工合成油（硅油）
发生两种情况：
(1)杂质小桥尚未接通电极时，则纤维等杂质 与油串联，由于纤维的εr大以及含水分纤维的电 导大，使其端部油中电场强度显著增高并引起电离，
于是油分解出气体，气泡扩大，电离增强，这样下
去必然会出现由气体小桥引起的击穿。
(2)如果杂质小桥尚未接通电极，因小桥的电 导大而导致泄漏电流增大，发热会促使汽化，气 泡扩大，发展下去会出现气体小桥，使油隙发生 击穿。
3 电场均匀度 在冲击电压下，由于杂质来不及形成小桥，故改善电 场总是能显著提高油隙的冲击击穿电压，而与油的品 质好坏几乎无关。 优质油：保持油不变，而改善电场均匀度，能使工频 击穿电压显著增大，也能大大提高其冲击击穿电压。 品质差的油：改善电场对于提高其工频击穿电压的效 果较差。
电介质物理》课件电介质的击穿
电击穿机制
电场作用下电介质击穿
在强电场的作用下，电介质内部的自由电子被加速，与晶格原子发生碰撞，导致 电子能量降低并产生新的电子-空穴对，这些新的电子-空穴对进一步与晶格原子 发生碰撞，产生更多的电子-空穴对，最终导致电介质击穿。
隧道效应
在强电场的作用下，电子通过隧道效应穿过势垒，形成导电通道，导致电介质击 穿。
03
影响电介质击穿的因素
电场强度
总结词
电场强度是影响电介质击穿的最主 要因素之一。
详细描述
随着电场强度的增加，电介质中的 电场会变得更强，导致电子更容易 获得足够的能量来克服电介质中的
束缚力，从而引发电介质击穿。
总结词
高电场强度下，电介质更容易发生 击穿。
详细描述
在强电场的作用下，电介质内部的 电子会被加速，获得足够能量后能 够克服电介质中的束缚力，形成导 电通道，导致电介质击穿。
03
热击穿
电击穿
冲击击穿
在强电场的作用下，电介质内部的热量积 累导致温度升高，当温度达到一定程度时 ，发生热击穿。
在强电场的作用下，电子获得足够的能量 ，直接导致电介质分子中的电子跃迁，形 成导电通道。
在雷电或操作过电压的作用下，电介质内 部的电流迅速增加，产生强烈的冲击波， 导致电介质瞬间击穿。
02
电介质物理》课件电介质的 击穿
目录
• 电介质击穿的基本概念 • 电介质击穿的物理机制 • 影响电介质击穿的因素 • 电介质击穿的预防与控制 • 电介质击穿的实验研究方法
01
电介质击穿的基本概念
定义与Байду номын сангаас性
01
02
定义
特性
电介质击穿是指电介质在强电场的作用下，丧失其绝缘性能的现象。
电介质的击穿
④ 附着——电子与中性原子、分子碰撞，由于原子有 较大的电子亲合力而形成负离子，放出能 量。
A e A ui ( AB) e ( AB) ui
11
气体介质的电击穿
外电场使自由电子加速运动，动能增加并与原子（粒子） 发生碰撞，当核外电子所获能量大于克服原子核束缚所需 能量时，引起碰撞电离。
碰撞电离系数：一个电子在电场力作用下，走过单位距 离所产生的碰撞电离次数。又称汤逊第 一电离系数 单位：1/米
电子自由行程x：电子在两次碰撞间所走过的路程。 自由行程愈大电子获得能量愈大 碰撞电离次数增加碰撞电离系数增大
12
气体介质的电击穿
碰撞电离条件：
1 m 2
2
qEx ui
强度。Ap 为的极限值 离子碰撞电离系数——汤逊第二电离系数， 由于离子质量大， ，故对载流子贡献小。
14
气体介质的电击穿
光致电离
频率为的光照射气体时，当光子能量大于气体分
子电离能时：
h ui
可引起气体光致电离：
A h A e
光的来源： ①由外来射线产生，短波射线才有电离气体能力。 ②分子从激发态回到基态，或异性离子复合时产生光子。
X绝H缘4P改子）1-2剖善与40面措电耐图污施极型：的布置X缘，H子即P电1电-2场4场0分耐的布污图均型匀绝度有X绝关H缘P。子1-2电40位耐分污布型图 改善沿面电场分布，避免表面沾污，延长沿面距离。
33
实验观察结果：
气体介质的电击穿
• 正电极附近形成分枝状通道 • 负电极附近形成直通道 • 放电脉冲宽度随电压增加而增大
气体介质的电击穿
名词解释电介质的击穿
名词解释电介质的击穿电介质的击穿是指当电场强度超过电介质所能承受的临界值时，电介质将会发生电击穿现象。
电介质是物质中的一种，可以是固体、液体或气体，具有较高的电阻性能，能够在不充分电的情况下维持电荷的分布和电场的存在。
然而，当电场强度超过其承受能力时，电介质会失去其绝缘特性，电荷将得以通过电介质导电，从而导致电击穿现象的发生。
电击穿是电气技术中一个非常重要的现象，在很多领域都起着关键作用。
了解电介质的击穿现象有助于我们改进电气设备和系统的设计，提高其安全性和可靠性。
一、电介质击穿的成因电介质的击穿现象主要有以下几种成因：1. 电击自发放电：当电介质中的电场强度达到一定程度时，电介质分子中的电子被强电场激发，从而离开其原位形成自由电子，引发电击穿。
2. 断裂击穿：电介质中存在微观缺陷或外部应力作用时，电场强度集中在这些缺陷或应力周围，造成电介质局部击穿。
3. 热击穿：当电场强度很高时，电介质中的电流会产生较大的热量，导致局部温度升高，电介质无法将热量有效散发，最终导致电介质局部击穿。
4. 温升击穿：在交流电场中，电介质的极性会周期性变化，当电场强度足够高时，电介质不断受到能量的输入，导致其温度升高，最终引发电击穿。
二、电击穿的影响和应对措施电击穿现象对电气设备和系统的安全运行会产生很大的影响，可能导致设备的损毁、线路的中断、系统的故障等。
因此，为了避免电击穿的发生，我们可以采取以下措施：1. 选用合适的电介质材料：不同的电介质具有不同的电击穿强度，正确选择合适的电介质材料可以提高电气设备的抗电击穿能力。
对于特定的应用场景，可以通过优化电介质材料的组分、结构和制备工艺来提高其电击穿强度。
2. 加强设计和绝缘：在电气设备的设计过程中，应充分考虑电介质的击穿问题，采取合适的绝缘措施，如增加绝缘距离、引入绝缘涂层、采用电介质缓冲层等，以提高电气设备的绝缘性能和防护能力。
3. 控制电场强度：通过控制电场强度，可以有效地避免电击穿的发生。
电介质击穿的例子
电介质击穿的例子电介质是一种具有较高电阻性质的物质，一般情况下不导电。
然而，在特定条件下，电介质也会发生击穿现象，即在电场强度达到一定值时，电介质内部会出现电流的瞬时放电现象。
下面列举了十个常见的电介质击穿的例子。
1. 空气击穿：空气是最常见的电介质之一，当电场强度达到约30 kV/cm时，空气中的分子会离子化并形成电流通路，导致电介质击穿。
这种击穿现象在雷电中尤其常见。
2. 水击穿：水也是一种常见的电介质，当电场强度达到一定值时，水中的离子会发生移动并形成电流通路，导致电介质击穿。
这种现象在高电压设备中可能会发生。
3. 油击穿：油是一种常用的绝缘介质，在高压设备中起着绝缘和散热的作用。
然而，当电场强度超过油的击穿强度时，油会发生击穿现象。
4. 绝缘纸击穿：绝缘纸是一种常用的绝缘材料，用于电力设备的绝缘保护。
然而，在高电压下，绝缘纸也会发生击穿现象，导致设备故障。
5. 绝缘胶击穿：绝缘胶是一种常见的绝缘材料，广泛应用于电线电缆的绝缘保护。
然而，在高电场强度下，绝缘胶也会发生击穿现象。
6. 陶瓷击穿：陶瓷是一种常见的绝缘材料，具有优良的耐高温和耐磨损性能。
然而，在极端条件下，如高温和高电压下，陶瓷也会发生击穿现象。
7. 陶瓷电容器击穿：陶瓷电容器是电子电路中常用的电子元件，具有良好的电介质特性。
然而，在过高的电场强度下，陶瓷电容器也会发生击穿现象。
8. 电缆击穿：电缆是电力传输和通信领域中常用的设备，具有良好的绝缘性能。
然而，在极端条件下，如高温和高电压下，电缆也会发生击穿现象。
9. 电力变压器击穿：电力变压器是电力系统中常用的设备，用于升降电压。
然而，在过高的电场强度下，电力变压器也会发生击穿现象。
10. 玻璃击穿：玻璃是一种常见的绝缘材料，广泛应用于建筑和家居装饰中。
然而，在极端条件下，玻璃也会发生击穿现象。
以上是十个常见的电介质击穿的例子。
电介质的击穿现象会导致设备故障和电击危险，因此在设计和使用电力设备时，需要合理选择和使用绝缘材料，以防止电介质的击穿现象的发生。
液体电介质的击穿特性
一 液体电介质的击穿特性
5、压力
油中含有气体时，不论电场是否均匀，其 工频击穿电压都随油的压力增大提高。这是由 于压力增大时，气体在油中的溶解量增大，并 且气泡的局部放电起始电压也增高之故。电场 越均匀，这种关系也越显著。但在冲击电压下， 压力对油间隙的击穿电压基本无影响。
一 液体电介质的击穿特性
思考
液体介质和气体介质相比，谁的击穿场强高， 为什么？
❖答：液体的击穿场强高。由于液体介质的密度比 气体的大得多，分子间的距离比气体的小得多，故 电子在其中运动的平均自由行程比在气体中短得多， 要使电子在较短的自由行程内获得能产生碰撞游离 所需要的能量，要求有更高的电场强度。所以液体 介质的击穿场强比气体的要高得多。
气泡击穿过程（小桥理论）
出现气泡
足够强的 气泡内的 电场作用 气体电离
电离进一步 发展
气泡温度升高 气泡体积膨胀
带电粒子 撞击液体分子
液体分解出气体
扩大气体通道
电离的气泡或在电极间形成连续小桥，或畸变了液体电介质中的 电场分布，导致液体电介质击穿。
可用气泡击穿理论解释，依赖于气泡的形成、发热膨胀、气泡 通道扩大并形成小桥，有热过程，属于热击穿范畴.
一 液体电介质的击穿特性
纯净液体的电气强度 很高，其击穿机理主 纯净液体电击穿：
纯净的液体电介质中总会存在一些离子，它们或由液体分子 受自然界中射线的电离作用而产生，或由液体中微量杂质受 电场的解离作用而产生。当电场强度超过1MV/cm时，液体 电介质中的自由电子，在电场作用下运动、加速、积累能量、 碰撞液体分子，而且以一定的概率使液体电介质的分子游离。 因碰撞游离而产生的正离子移动至阴极附近，增强了阴极表 面的场强，促使阴极发生的电子数增多，这样，电流急剧增 加，液体电介质推动绝缘能力，发生击穿。
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关，而高气压下间隙击穿电压基本与电极材料无关
电气绝缘
21
三、流注理论（ δS较大）（1939年，雷泽 （H.Reather）提出） 考虑了空间电荷对原有电场的影响和空间光电离 的作用，适用两者乘积大于0.26cm时的情况。同 时该理论注意到空间电荷对电场畸变的作用。
自由电子的过程。
电气绝缘
6
（1）碰撞游离
1 2
mv2
eEx
Wi
条件：x Ui E
（2）光游离
普朗克常数 6.63×10-34J·s
W h
条件： hc
Wi
（3）热游离
电气绝缘
W 3 kT 2
波尔茨曼常数 1.38×10-23J/K
热力学温度
7
(4)金属表面游离:电极表面的电子逸出功
元素 F Cl Br I
电子亲合能（eV） 3.45 3.61 3.36 3.06
负离子的形成使自由电子数减少，因而对放电发展起抑制 作用。SF6气体含F，其分子俘获电子的能力很强，属强电 负性气体，因而具有很高的电气强度。
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(4)游离与复合作用的关系
游离过程吸收能量，产生电子等带电质点，促进放电过程发 展，电气强度降低，不利于绝缘；
火花放电：贯通两极细亮断续放电通道，间歇击穿； 电弧放电：持续贯通两极细亮放电通道，完全击穿；
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二、气体带电质点的产生： 1、气体分子本身的游离 游离：在电场的作用下中性质点中电子摆脱原子核 的束缚成为自由电子的过程。 游离形式：碰撞游离、光游离、热游离
2、金属表面游离： 金属中的电子摆脱金属表面的位能势垒的束缚成为
第二章 电介质的击穿特性
当绝缘间隙的电压过高时，电介质会由绝缘状态转 变为良导体，这种状态称为电介质的击穿。
击穿电压：间隙击穿时的最低临界电压。 击穿场强：间隙击穿电压与间隙距离之比。
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第一节 气体放电的基本概念
一、气体放电
(1)空气在强电场下放电特性 气体在正常状态下是良好的绝缘体,在一个立方 米体积内仅含几千个带电粒子,但在高电压下,气 体从少量电荷会突然产生大量的电荷,从而失去 绝缘能力而发生放电现象. 一旦电压解除后,气体电介质能自动恢复绝缘状态
复合过程释放能量，使带电质点减少消失，阻碍 放电过程 的发展，有利于保持绝缘强度。
两种过程在气体放电过程中同时存在，条件不同，强弱程度 不同。游离主要发生在强电场、高能量区；复合主要发生在低 电场、低能量区。
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第二节 均匀电场中的气体放电
一、汤生理论（ps较小） 1903年英国物理学家（J.S.Townseen）提出气体 放电理论，尽管适用范围有限，但对放电机理的阐 述具有普遍意义，至今仍是放电物理的基础理论。
电气绝缘
Байду номын сангаас
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3 几个概念
(1).电子崩 在电场作用下电子从阴极向阳极推进而形成的一群电子
(2).非自持放电 去掉外界游离因素的作用后,放电随即停止
(3).自持放电 不需要外界游离因素存在,放电也能维持下去
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非自持放电和自持放电的不同特点
电流随外施电压的提 高而增大，因为带电 质点向电极运动的速 度加快复合率减小
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1 汤逊放电理论适用条件: 均匀电场,低气压,短间隙 实验装置
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2 均匀电场中气体的伏安特性
oa段: 随着电压升高，到达阳极的 带电质点数量和速度也随之 增大
ab段： 电流不再随电压的增大而 增大，良好绝缘状态，电 流很小。
bc段： 电流又再随电压的增大而 增大
c点:电流急剧突增
γ过程与自持放电条件
一个电子从阴极到阳极因电子崩形成正离子数为 eas-1，正
离子撞击阴极形成二次自由电子数为γ(eas-1) ，若它等于1， 意味着阴极产生原电子的一个后继电子替身，使放电得以自 持。
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二、巴申定律(帕邢定律）
a.表达式: U F f ( S )
b.均匀电场中几种气体 的击穿电压与δs的关系 C、应用：空气断路器 和真空断路器就是利用 此规律来提高击穿电压 和降低体积与尺寸的。
电流饱和，带电质 点全部进入电极， 电流仅取决于外游 离因素的强弱（良 好的绝缘状态）
电流开始增 大，由于电 子碰撞游离 引起的
电流急剧上升 放电过程进入 了一个新的阶 段（击穿）
自持放电 起始电压
外施电压小于Ub时的放电是非自持放电。电压到达Ub后，电流剧增，间隙中 电离过程只靠外施电压已能维持，不再需要外电离因素。
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汤逊自持放电理论
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汤逊放电理论的适用范围
研究表明：汤逊理论能解释低气压、δS较小时的放电现象； 当δS过小或过大时，放电机理变化，不适用。 δS过大时，汤逊理论无法解释许多实验现象。(δ为气体的相对 密度)
放电外形：出现放电分支细通道，非充满放电空间。 放电时间：低气压下汤逊理论的计算值与实验符合，
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电子崩的形成（bc段电流剧增原因）
电气绝缘
电子碰撞电离系数α：代表一个电子沿电力线 方向行经1cm时平均发生的碰撞电离次数。
dn ndx
x
n n0e0 dx
dn dx
n n n0e x
n n0es
n n n0 n0 (es 1)
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电气绝缘
2
电气绝缘
输电线路以气体作 为绝缘材料
3
电气绝缘
变压器相间绝缘 以气体作为绝缘 材料
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第一节 气体放电的基本概念
(2)气体放电的形式：气体中流通电流的各种形式。
辉光放电：充溢电极空间，电流密度小1-5mA/cm2, 正伏安特性，绝缘状态；
电晕放电：高场强附近出现发光薄层， 通道仍是绝缘状态；
一些金属的逸出功
金属
逸出功
铝
1.8
银
3.1
铜
3.9
铁
3.9
氧化铜
5.3
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三、气体中带电粒子的消失：去游离
（1）扩散：带电质点从高浓度区域向低浓度区域运动. （2）复合：正离子与负离子相遇而互相中和还原成中性原子
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(3)附着效应:气体中负离子的形成
电子与气体分子或原子碰撞时，也有可能发生电子附着过程 而形成负离子，并释放出能量，称为电子亲合能。电子亲合 能的大小可用来衡量原子捕获一个电子的难易，越大则越易 形成负离子。