《电介质物理》课件电介质的击穿-5
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《电介质物理》课件电介质的击穿1-文档资料
概述
1.概述
现象：当施加于电介质的电场 强度增大到一定程度时，电介 质由绝缘状态突变为导电状态， 此跃变现象称为电介质的击穿。
U
U U
B
表征：介质发生击穿时，通过 介质的电流剧烈地增加， 其特征为：
0
I
dU dI
0
11
概述
介质击穿：电极间的短路现象；是电介质的基本性能之一； 决定了电介质在强场下保持绝缘性能的极限能力；成为决定 电工、电子设备最终寿命的重要因素。 介电强度：绝缘介质所能承受的不产生介质击穿的最大场强。 Breakdown is a cross-over in the current from stability to instability at some field, with consequent material modification. 绝缘技术向高场强方向发展：
《工程电介质物理学》
电介质的击穿 Breakdown of Dielectrics
李建英
2019年4月~5月
1
主要内容：
1. 概述
2. 气体电介质的击穿
3. 液体电介质的击穿
4. 固体电介质的击穿
2
概述
绝缘子的沿面闪络 雷电放电
3
概述
绝缘子的沿面闪络
4
概述
绝缘子的沿面闪络 大气压下均匀放电 雷电放电
显然 W i W i
23
气体介质的击穿
一.强电场下气体中载流子的产生 原子的激励和电离 强电场下气体载流子产生
碰撞电离 光电离 热电离
负离子的形成
正离子撞击阴极 阴极的表面电离 光电发射 热电子发射和场致发射 24
气体介质的击穿
电介质电导和击穿课件
3 电介质电导和击穿
• 3.1 概述 • 3.2 气体电介质的电导和击穿 • 3.3 固体电介质的电导 • 3.4 固体电介质的热击穿 • 3.5 固体电介质的电击穿
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1
3.1 概述
• 1．什么是电介质的电导？提高电介质的绝缘性能 的基本方法是什么？（掌握）
• 2．电介质电导类型有哪些？（掌握） • 3．什么叫电介质的击穿？它有哪些击穿形式？通
• （1）气体导电机理 • （2）气体电导过程的理论分析
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8
（1）气体导电机理
• 气体能导电是因为气体中存在一定浓度的带电正 负离子（载流子），载流子存在则是因为气体中 随时随地进行着下述两个过程：
• 电离过程：
• 气体在光、热、辐射等作用下，电子从分子中分离出来 使气体分子带正电，从而形成正离子载流子，这个过程 称为电离。电离出来的电子又极容易被其他分子所捕获 而形成负离子。描电离过程的速度大小用单位时间单位 体积产生的正离子（或负离子）数n′描述
Emfp,T,L
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21
（2）物理过程及其模型的建立
• 当电场达到游离场强之后，气体电介质中载流子的产生 除了因外界因素（如光照等）使极板表面和气体发生电 离而产生载流子外，还通过以下碰撞过程产生载流子
• 1）电子碰撞电离过程： • 描述该过程的关键参数-----电子电离系数α：一个电子运动
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31
3.3 固体电介质的电导
• 1．什么是本征离子电导？本征离子载流子有哪些 类型？本征离子电导率规律有何特点？（掌握）
• 2．什么是弱联系离子电导？其电导率与总离子电 导率有何特点？（掌握）
• 3.1 概述 • 3.2 气体电介质的电导和击穿 • 3.3 固体电介质的电导 • 3.4 固体电介质的热击穿 • 3.5 固体电介质的电击穿
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1
3.1 概述
• 1．什么是电介质的电导？提高电介质的绝缘性能 的基本方法是什么？（掌握）
• 2．电介质电导类型有哪些？（掌握） • 3．什么叫电介质的击穿？它有哪些击穿形式？通
• （1）气体导电机理 • （2）气体电导过程的理论分析
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8
（1）气体导电机理
• 气体能导电是因为气体中存在一定浓度的带电正 负离子（载流子），载流子存在则是因为气体中 随时随地进行着下述两个过程：
• 电离过程：
• 气体在光、热、辐射等作用下，电子从分子中分离出来 使气体分子带正电，从而形成正离子载流子，这个过程 称为电离。电离出来的电子又极容易被其他分子所捕获 而形成负离子。描电离过程的速度大小用单位时间单位 体积产生的正离子（或负离子）数n′描述
Emfp,T,L
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（2）物理过程及其模型的建立
• 当电场达到游离场强之后，气体电介质中载流子的产生 除了因外界因素（如光照等）使极板表面和气体发生电 离而产生载流子外，还通过以下碰撞过程产生载流子
• 1）电子碰撞电离过程： • 描述该过程的关键参数-----电子电离系数α：一个电子运动
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3.3 固体电介质的电导
• 1．什么是本征离子电导？本征离子载流子有哪些 类型？本征离子电导率规律有何特点？（掌握）
• 2．什么是弱联系离子电导？其电导率与总离子电 导率有何特点？（掌握）
《电介质物理》课件 电介质的击穿-(1)
求解：
d d d d 2 1 2 1 2 1 U E d E E E 1 1 1 d d 1 2 2 1 1 2 2 1 2 2 1
2
m 2 m 2 m 2 1 2
ρ—纸的密度 ρ2 —纤维的密度 m1、m2 —空气、纤维的质量 （m1<<m2）
If：交变电压
1 t g d c ' E E ( d t g d t g ) ( d d ) 1 t g
1 2 1 2 1 1 2 1 2 1
1 t gd c ' E E ( d t g d t g ) ( d d ) 1 t g
CC g b
则气隙放电
U r 表示气隙放电剩余电压
14
电力设备电气绝缘国家重点实验室 State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment
2 1 2 1 12 21 12 21 1 1
1 1 2 2 12 21 12 21 2 2
U U E d1 d2 d
if
1 2 1 2
E 1 E 2 E
E 1 EE 2
如果第一层 E1 E1（引起第一层击穿），全部电压 b
加到第二层上，第二层也就随之击穿。
1
d
ε 1＝1
d1
空气
空气层的体积比 θ1＝d1/d
图 5－34 未经浸的纸质 电容器复合介质
纤维层体积比
d d 1 2 2/ 1
7
电力设备电气绝缘国家重点实验室 State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment
第6讲-电介质的击穿
危害：虽然不立即形成贯穿性的通道，但长期的局部放 电，使电介质的劣化损伤逐步扩大，最后导致整个电介质的 击穿。
复合电介质击穿
E U U d1 d2 d
E1
2d 1d2
2 d1
E
E2
1d 1d2 2d1
E
复合电介质击穿
已知一极板电容中充满一双层固体复合电介质，双层固体 厚度分别为d1=d2=0.5mm，两个电介质电阻率分别为 ρ1=1012Ω·m，ρ2=1011Ω·m，两个电介质击穿场强分别为 E1b=E2b=100MV/m，当给极板电容外部施加55kV电压时，判断 该复合电介质是否被击穿。
液体电介质击穿
液体电介质击穿理论还很不完善。 1、液体介质的击穿与含气，含杂质情况密切相关； 2、液体净化技术不够高，液体净化程度没有严格的 指标规定。
固体电介质击穿
区别： ①固体电介质击穿场强较高； ②击穿后在材料中留下不能恢复的痕迹，如烧焦或熔 化通道、裂缝等，去掉外施电压不能自行恢复绝缘性能。 形式： ①热击穿 ②电击穿 ③不均匀电介质的击穿
不均匀电介质击穿
包括固体、液体和气体组合构成的绝缘结构中的一种击 穿。
形式： ①气体-液体、液体-固体、气体-固体、固体-固体等的 不同组合； ②即使为单一电介质的绝缘结构，材料的不均匀，杂质 气隙的存在也不能看做是单一均匀的电介质。
局部放电
定义：在含有气体或液体的固体电介质中，当击穿场强 较低的气体或液体中的局部电场强度达到其击穿场强时，这 部分气体或液体开始放电，使电介质发生不贯穿的局部击穿。
老化
定义：绝缘材料在长期的储存或使用过程中不可避免 的产生各种物理和化学变化，从而使其性能随时间的增长 而发生不可逆的变化的现象。
复合电介质击穿
E U U d1 d2 d
E1
2d 1d2
2 d1
E
E2
1d 1d2 2d1
E
复合电介质击穿
已知一极板电容中充满一双层固体复合电介质，双层固体 厚度分别为d1=d2=0.5mm，两个电介质电阻率分别为 ρ1=1012Ω·m，ρ2=1011Ω·m，两个电介质击穿场强分别为 E1b=E2b=100MV/m，当给极板电容外部施加55kV电压时，判断 该复合电介质是否被击穿。
液体电介质击穿
液体电介质击穿理论还很不完善。 1、液体介质的击穿与含气，含杂质情况密切相关； 2、液体净化技术不够高，液体净化程度没有严格的 指标规定。
固体电介质击穿
区别： ①固体电介质击穿场强较高； ②击穿后在材料中留下不能恢复的痕迹，如烧焦或熔 化通道、裂缝等，去掉外施电压不能自行恢复绝缘性能。 形式： ①热击穿 ②电击穿 ③不均匀电介质的击穿
不均匀电介质击穿
包括固体、液体和气体组合构成的绝缘结构中的一种击 穿。
形式： ①气体-液体、液体-固体、气体-固体、固体-固体等的 不同组合； ②即使为单一电介质的绝缘结构，材料的不均匀，杂质 气隙的存在也不能看做是单一均匀的电介质。
局部放电
定义：在含有气体或液体的固体电介质中，当击穿场强 较低的气体或液体中的局部电场强度达到其击穿场强时，这 部分气体或液体开始放电，使电介质发生不贯穿的局部击穿。
老化
定义：绝缘材料在长期的储存或使用过程中不可避免 的产生各种物理和化学变化，从而使其性能随时间的增长 而发生不可逆的变化的现象。
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。
电介质物理课件(20134)资料
第四章 介质击穿
(dielectric breakdown)
本章介绍电介质在强电场下的击穿机 理。击穿形式可分为电击穿、热击穿和放 电击穿，它与物质的聚集状态相关。 4.1 概述 4.2 气体介质的击穿 4.2 液体介质的击穿 4.3 固体介质的击穿
2020/6/8
1
§4.1 概述
I
O
Ub
U
在低电压区满足：
介质击穿两种情况： 发生可恢复性变化：介质在电场的作用下被击穿，把外电 场撤除后，介质又恢复其绝缘性能。 “自愈现象” （Self-Healing），如气体。 发生永久性变化（或叫不可逆变化）：如固体介质击穿。
2020/6/8
3
部分材料的介电强度
材料 陶瓷 Al2O3(0.03μm) Al2O3(0.06μm)
3. 自持放电条件：
自持放电： 气体介质在阴极电子逸出（游离剂）
的作用下产生放电，当游离剂去除后， 气体介质的放电仍能够维持下去，这种 现象叫做“自持放电”。
2020/6/8
17
正离子沿电场方向运动会与中性分子碰撞产生游离，设
游离碰撞系数为（第二游离系数）。 但，这种游离碰撞的几率很小， 0。
Al2O3(0.063μm) SiO2(石英，0.005cm) NaCl(0.002cm)
NaCl(0.014cm) BaTiO3(0.02cm，单晶) BaTiO3(0.02cm，多晶) PbZrO3 (多晶，空隙度0%,0.016cm)
2020/6/8
介电强度/（10 6V/cm）
7.0 1.5 0.18 6.0 2.0 1.3 0.04 0.12 0.08
dI 常数 dU
当U
U
时，
b
(dielectric breakdown)
本章介绍电介质在强电场下的击穿机 理。击穿形式可分为电击穿、热击穿和放 电击穿，它与物质的聚集状态相关。 4.1 概述 4.2 气体介质的击穿 4.2 液体介质的击穿 4.3 固体介质的击穿
2020/6/8
1
§4.1 概述
I
O
Ub
U
在低电压区满足：
介质击穿两种情况： 发生可恢复性变化：介质在电场的作用下被击穿，把外电 场撤除后，介质又恢复其绝缘性能。 “自愈现象” （Self-Healing），如气体。 发生永久性变化（或叫不可逆变化）：如固体介质击穿。
2020/6/8
3
部分材料的介电强度
材料 陶瓷 Al2O3(0.03μm) Al2O3(0.06μm)
3. 自持放电条件：
自持放电： 气体介质在阴极电子逸出（游离剂）
的作用下产生放电，当游离剂去除后， 气体介质的放电仍能够维持下去，这种 现象叫做“自持放电”。
2020/6/8
17
正离子沿电场方向运动会与中性分子碰撞产生游离，设
游离碰撞系数为（第二游离系数）。 但，这种游离碰撞的几率很小， 0。
Al2O3(0.063μm) SiO2(石英，0.005cm) NaCl(0.002cm)
NaCl(0.014cm) BaTiO3(0.02cm，单晶) BaTiO3(0.02cm，多晶) PbZrO3 (多晶，空隙度0%,0.016cm)
2020/6/8
介电强度/（10 6V/cm）
7.0 1.5 0.18 6.0 2.0 1.3 0.04 0.12 0.08
dI 常数 dU
当U
U
时，
b
电介质物理》课件电介质的击穿
电介质击穿的物理机制
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
A e A ui ( AB) e ( AB) ui
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
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
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电介质的局部放电起始电压Ui——气隙 放电时外加在电极间的电压。
局部放电起始电压Ui，与气隙放电电压Ug 的关系：
Cg
0r
s t
Cb
0 r
d
s t
Ub Cg d t
U g Cb rt
Ug Ur
U
U
a)
ug
0
t
U
b)
0
t
气隙放电时气隙上的电压变化
电介质厚度
Ub
Ug
d t
rt
Ui
Ub
Ug
Ug
50
40
Eb(M/Vm) Eb(M/Vm)
40
12 30
30
2 20
1
20 0.5 0.7 0.9 1.1 1.3
ρ(×103kg/m3) (d＝10-5m) a）
10 5 10 15 20
d(×10-6m) (ρ＝103kg/m3)
b）
未经浸渍的纸质电容器复合介质Eb与a)纸的密度及b)纸的厚度的关系 1－计算曲线 2－实验曲线
U1达到空气击穿电压U1b，则纸立即发生击穿
纸的平均电场强度
Eb
U1b d
1
2
2
当空气层厚度d1＝（6～8）μm时，相应的击穿电压U1b≈250V，而纤维的 密度ρ≈1.55×103kg/m3
8
电力设备电气绝缘国家重点实验室 State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment
由图可见，纸的击穿强度的理论计算值与实验值很接近，它表明纸在交 变电压作用下，由于空气隙分配到较高的电场强度，从而因空气隙先击 穿而引起纸介质击穿。也说明双层复合介质击穿理论的正确性。
若为多层复合电介质：
恒定电场：
Ed
Ei
i
n 1
dk rk
交变电场：
Ei＝
i
Ed n dk
1 k
9
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Q：那么击穿场强与电导率如何配合才能使复合介质的击穿电压最高？
A：
E1
C
E 1
CE 1E1 2E2
此时
E2
C
E 2
CE 1E1b 2E2b
Ub E1bd1 E2bd2 ——复合介质击穿电压最大值
If：交变电压
E1
2 1 tg 22 d
(1d2tg1 2d1tg2 )2 (1d2 2d1)2 1
边缘效应的定义：
因电极边缘媒质放电而引起固体电介质在电极边缘处较低电压下击穿 的现象称为边缘效应。
消除边缘效应的方法：
1.改变电极系统
φ
d t
把试样制作为凹球面或凹面状
td 5
击穿往往发生在足够均匀电场的最小厚度处
但并非所有的固体电介质都能实现，例如云母、有机薄膜等介质困难就较大。 对于这类固体电介质，通常采用简单电极试样系统，诸如固体试样置放在两 平板电极间、平板与圆球或圆球与圆球电极间的系统，置于液体媒质之中。
C2
图 5－33 双层复合电介质及其等效电路
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稳态：
E U U d1 d2 d
E1
2d 1d2 2d1
E
1 2d 1d2 2d1
Ca Cb
Ug
Ca
Cg
AC
U U g Ur
Cb
经Cg放电的全部电容的放电电荷量
Qr
Cg
CaCb Ca Cb
Ug
Ur
Qr Cg Cb Ug Ur
真实放电量
Cg CaCb Ca Cb
因Cg、Cb、Ca等还没有办法实测， 故Qr亦无法求得
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危害：
这种放电虽然不立即形成贯穿性通道，但长期的局部放电，使电介质 （特别是有机电介质）的劣化损伤逐步扩大，导致整个电介质击穿。
局部放电劣化损伤机理
➢电的作用——带电粒子对电介质表面的直接轰击作用，使有机电介质 的分子主链断裂
➢热的作用——带电粒子的轰击作用引起电介质局部的温度上升，发生 热溶解或热降解
1
1
r
d t
1
气隙厚度
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2.常用的描述参数——局部放电量、放电能量和放电次数
R
电源内阻（阻抗）较大
Ug Ub
Cg U g Ur
如果 ug Ug 气隙放电电压
则气隙放电
U r表示气隙放电剩余电压
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放电特征：
➢空气隙放电电压具有间歇性 ➢放电集中在外放电压上升和下降最陡的区域
E r1 1b
>
交流（AC） y1E1b
>
固体
2 E2b E r2 2b
y2 E2b
y i0r
y是导纳率, 事实上是 +g
r1 1 tg21 E1b r2 1 tg22 E2b
E r1 1b r2 E2b
为了消除边缘效应，必须从两方面考虑，即选用高击穿强度的媒质和在 不同形式的电压作用下，所选媒质的介电常数或电导率或两者均比固体 电介质为大。但采用高电导液体媒质有其缺点，因为高电导液体在外施 电场作用下会强烈发热甚至沸腾，对固体电介质产生不良的影响。
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2.选用适当的媒质
➢选用适当的媒质，使在固体电介质击穿前，媒质中所分配的电场强度 低于其击穿值
媒质 关系
直流（DC） 1E1b
>
脉冲
Ug Ub
Cg U g Ur
Ca Cb
由于气隙放电使气隙Cg上电压下降 U U Ug Ur
必引起Cb上的电压增加 U
随着Cb上电压的增加，需要补充的电荷增量为 Q CbU Cb Ug Ur
1.机理——固体电介质中气隙放电的等效电路及放电过程
Cg Cb
固体电介质中气隙放电及其等效电路
Ua
Cg为空气隙的电容；
Ca
Cb为与空气隙串联的电介质的电容； Ca为除Cb、Cg以外其余电介质的电容。
通常气隙尺寸很小，有Ca>>Cg>>Cb。
电极间的全部电容:
C
Ca
CgCb Cg Cb
Ca
Cb
E
1
C
E
1
E2
1d 1d2 2d1
E
1 2d 1d2 2d1
E
2
C E
2
if 1 2
E1 E2 E
1 2
E1 E E2
如果第一层 E1 E1（b 引起第一层击穿），全部电压 加到第二层上，第二层也就随之击穿。
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上节课小结
瓦格纳热击穿：低阻通道
固体 介质 的击 穿
热击穿：非本征
均匀固体热击穿
脉冲热击穿
稳态热击穿：T、f、d的影响
低能判据
单电子近似理论
本征电击穿
高能判据
电击穿：本征
集合电子近似理论 场致发射击穿
雪崩电击穿 碰撞电离雪崩击穿：40代理论
不均匀介质的击穿
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（二）局部放电
定义：
在含有气体（如气隙或气泡）或液体（如油膜）的固体电介质中，当 击穿强度较低的气体或液体中的局部电场强度达到其击穿场强时，这 部分气体或液体开始放电，使电介质发生不贯穿电极的局部击穿，这 就是局部放电现象。
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求解：
U1
E1d1
2 dd1 1d2 2d1
E
21d 12 21
E
21d 2 21
E
2
2
m2
m2 m1
2
ρ—纸的密度 ρ2 —纤维的密度 m1、m2 —空气、纤维的质量 （m1<<m2）
2.边缘效应及其消除方法：
现象：
电极
媒质（气体、液体）
➢ 电场不均匀程度越高，UB随d增长越慢 ➢ 分散性越大
只有在均匀电场下 U B d EB