电气绝缘基础知识 PPT
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反之，击穿电压减小。 但，气体过于稀薄，碰撞次数太小，导 致击穿电压升高。
2、巴申定律
UF=f（pS） 在均匀电场中，气体的间隙距离一定，间
隙的击穿电压与气体的压力有关
三、电场是否均匀对空气间隙击穿电压的影响
在标准大气压下，温度为20℃ 均匀电场空气间隙的击穿场强大约为：
30kV/cm 不均匀电场空气间隙的击穿场强大大下降:
在极不均匀电场中发生自持放电，会发生电晕 放电，但间隙并不被击穿，必须增高电压， 才可以击穿间隙。
重点概念： 碰撞电离、电子崩、二次电子崩、流注、
自持放电、非自持放电、阳极流注、阴极 流注
二、均匀电场中击穿电压与气体密度的关系
1、气体间隙击穿电压与气体密度的关系 在温度不变的条件下：
压力越大，密度越大，电子的自由行程 短，间隙不容易被击穿，击穿电压升高；
游离过程主要有以下四种形式：
①强电场发射（在触头间最初产生自由电
子的原因之一） 在开关触头刚刚分离的瞬间，当电场强
度E（E=U/s）超过3×106伏/米以上 金属触头阴极表面的电子被电场力拉出，
称为强电场发射。
②热电子发射（在触头间产生自由电子的原
因之二）
触头即将分开的瞬间，触头之间的压力以及接触面 积减小，接触电阻（Ｒc）增大，电流（I）通过此接触 电阻，使得电能损耗（I2Rc）增大。
此时在外加电压作用下，触头间介质 就会被击穿而形成导电的电弧通道。
碰撞游离过程示意图
自由电子向阳 极加速运动
碰撞出新的 自由电子
阴极
阳极
电弧的形成
④热游离（维持电弧燃烧的原因）
空气（或其他绝缘介质）分子在电弧极高温度下产 生迅速的不规则运动，具有很大的动能，相互碰撞,游 离出自由电子和正离子称为热游离。
电弧的温度极高，如前所述，可达到几千甚至上 万摄氏度，空气（或其他绝缘介质）分子在此高温作 用下，产生迅速的不规则运动，具有很大的动能，相 互碰撞,游离出自由电子和正离子，形成热游离，增加 了开关电器熄灭电弧的难度。
2、空气间隙的击穿过程
（1）碰撞电离 （2）电子崩 （3）非自持放电和自持放电 （4）流注
在触头表面出现炽热点，温度极高，使得自由电子 能量增加，运动加剧，阴极表面就会有电子跑出，形成 热电子发射。
③碰撞游离（形成电弧的原因）
具有很高的速度和巨大的动能的电子，不断地与空 气（或其他绝缘介质）的原子或分子发生碰撞，使原 子核周围的束缚电子释放出来，形成自由电子和正离 子称为碰撞游离。
思考：什么叫碰撞游离？
均匀电场：不存在电晕放电，击穿电压等于自持放 电电压,与作用时间无关；
气体间隙中带电离子是如何形成的； 气体间隙中带电通道是如何形成的； 带电通道形成后，又是如何维持持续放电的
一、空气间隙的击穿机理
1、电离（游离）
定义：电子脱离原子核的束缚使原子成为自由电 子和正离子的过程。
电离的形式：碰撞电离、光电离、热电离、表面 电离等。
气体分子本身的电离和气体中的固体和液体金属 的表面电离
空气为什么会产生电弧？
这是由于,此时的空气中 出现了大量的自由电子，我 们称空气被游离了，游离状 态下的空气和导体一样具有 导电性能。
游离——中性质点转化为带电质点 （自由电子和 正离子） 。
思考：
在切断电路时，空气（或其他绝缘介质 ）是如何由绝缘状态转变为导电状态（即游 离状态）的呢？
电弧电流
大纲要求
1.掌握气体介质的击穿机理; 2.熟悉影响气体介质击穿的主要因素; 3.了解气体放电的不同形式 4.掌握气体中固体介质的沿面放电
本节重点介绍：
空气间隙的击穿机理和影响空气击 穿电压的各种因素。
第一节 气体介质的绝缘特性
研究在电场作用下，气体间隙中带电离子 的形成和运动过程
先思考：
为 什 么 绝 缘 体 不 导 电 ， 而导体能够导电？
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
为什么绝缘体不导电，而导体能够导电？
绝缘体内部： 原子核周围的电子被原子核牢牢束缚，称
为束缚电子；
导体内部： 存在大量脱离原子核束缚的电子,称为自由
电子。ห้องสมุดไป่ตู้
思考：
空气是绝缘体，那么触头之间的空气为什么 会产生电弧，从而形成了一个导电的通道呢？
自由电子在强电场的作用下，加速向阳 极运动，这些具有很高的速度和巨大的动能 的电子，不断地与空气（或其他绝缘介质） 的原子或分子发生碰撞，使原子核周围的束 缚电子释放出来，形成自由电子和正离子， 这种现象就称为碰撞游离。
碰撞游离连续进行就可能导致触头间 充满了带电质点即大量的电子和正、负离 子，具有很强的电导性。
电晕放电 2、不均匀电场在稳态电压下的击穿特性 稍不均匀电场：不能维持稳定的电晕放电；
与均匀电场一样击穿电压=自持放电电压 实例：D/S≥2的球间隙、GIS的母线 极不均匀电场：能维持稳定的电晕放电；
击穿电压 >>(远大于)自持放电电压 实例： D/S<2 的球间隙、棒棒间隙、棒板间隙
从放电的观点如何区分电场的均匀程度：
内容提要
第一节 气体介质的绝缘特性 第二节 液体介质的绝缘特性 第三节 固体介质的绝缘特性 第四节 组合绝缘的耐电特性 思考题与习题
第一节 气体介质的绝缘特性 一、空气间隙的击穿机理 二、均匀电场中气体间隙击穿电压与气体密度 的关系 三、电场是否均匀对空气间隙击穿电压的影响 四、气体间隙的直流击穿电压和极性效应 五、冲击电压作用下的空气间隙的击穿电压
带点粒子在足够大的电场作用下，高速运动 并不断加速，出现强烈的碰撞电离，形成电子崩， 由许多电子崩产生大量正负带电质点混合的离子 通道即流注，当流注把空气间隙的两极接通时， 整个间隙随之击穿。
整个过程： 碰撞电离 电子崩（非自持放电） 二次电子崩 流注 间隙被击穿 在均匀电场中发生自持放电，间隙即被击穿；
空间间隙距离大于50cm 负极性的直流平均击穿场强: 10kV/cm; 正极性的直流平均击穿场强: 4.5kV/cm;
三、电场是否均匀对空气间隙击穿电压的影响
稳态电压：持续作用电压，指的是工频交流和直流电压 1、均匀电场在稳态电压下的击穿特性 1）没有极性效应；2）与电压作用时间无关；3）不会出现
2、巴申定律
UF=f（pS） 在均匀电场中，气体的间隙距离一定，间
隙的击穿电压与气体的压力有关
三、电场是否均匀对空气间隙击穿电压的影响
在标准大气压下，温度为20℃ 均匀电场空气间隙的击穿场强大约为：
30kV/cm 不均匀电场空气间隙的击穿场强大大下降:
在极不均匀电场中发生自持放电，会发生电晕 放电，但间隙并不被击穿，必须增高电压， 才可以击穿间隙。
重点概念： 碰撞电离、电子崩、二次电子崩、流注、
自持放电、非自持放电、阳极流注、阴极 流注
二、均匀电场中击穿电压与气体密度的关系
1、气体间隙击穿电压与气体密度的关系 在温度不变的条件下：
压力越大，密度越大，电子的自由行程 短，间隙不容易被击穿，击穿电压升高；
游离过程主要有以下四种形式：
①强电场发射（在触头间最初产生自由电
子的原因之一） 在开关触头刚刚分离的瞬间，当电场强
度E（E=U/s）超过3×106伏/米以上 金属触头阴极表面的电子被电场力拉出，
称为强电场发射。
②热电子发射（在触头间产生自由电子的原
因之二）
触头即将分开的瞬间，触头之间的压力以及接触面 积减小，接触电阻（Ｒc）增大，电流（I）通过此接触 电阻，使得电能损耗（I2Rc）增大。
此时在外加电压作用下，触头间介质 就会被击穿而形成导电的电弧通道。
碰撞游离过程示意图
自由电子向阳 极加速运动
碰撞出新的 自由电子
阴极
阳极
电弧的形成
④热游离（维持电弧燃烧的原因）
空气（或其他绝缘介质）分子在电弧极高温度下产 生迅速的不规则运动，具有很大的动能，相互碰撞,游 离出自由电子和正离子称为热游离。
电弧的温度极高，如前所述，可达到几千甚至上 万摄氏度，空气（或其他绝缘介质）分子在此高温作 用下，产生迅速的不规则运动，具有很大的动能，相 互碰撞,游离出自由电子和正离子，形成热游离，增加 了开关电器熄灭电弧的难度。
2、空气间隙的击穿过程
（1）碰撞电离 （2）电子崩 （3）非自持放电和自持放电 （4）流注
在触头表面出现炽热点，温度极高，使得自由电子 能量增加，运动加剧，阴极表面就会有电子跑出，形成 热电子发射。
③碰撞游离（形成电弧的原因）
具有很高的速度和巨大的动能的电子，不断地与空 气（或其他绝缘介质）的原子或分子发生碰撞，使原 子核周围的束缚电子释放出来，形成自由电子和正离 子称为碰撞游离。
思考：什么叫碰撞游离？
均匀电场：不存在电晕放电，击穿电压等于自持放 电电压,与作用时间无关；
气体间隙中带电离子是如何形成的； 气体间隙中带电通道是如何形成的； 带电通道形成后，又是如何维持持续放电的
一、空气间隙的击穿机理
1、电离（游离）
定义：电子脱离原子核的束缚使原子成为自由电 子和正离子的过程。
电离的形式：碰撞电离、光电离、热电离、表面 电离等。
气体分子本身的电离和气体中的固体和液体金属 的表面电离
空气为什么会产生电弧？
这是由于,此时的空气中 出现了大量的自由电子，我 们称空气被游离了，游离状 态下的空气和导体一样具有 导电性能。
游离——中性质点转化为带电质点 （自由电子和 正离子） 。
思考：
在切断电路时，空气（或其他绝缘介质 ）是如何由绝缘状态转变为导电状态（即游 离状态）的呢？
电弧电流
大纲要求
1.掌握气体介质的击穿机理; 2.熟悉影响气体介质击穿的主要因素; 3.了解气体放电的不同形式 4.掌握气体中固体介质的沿面放电
本节重点介绍：
空气间隙的击穿机理和影响空气击 穿电压的各种因素。
第一节 气体介质的绝缘特性
研究在电场作用下，气体间隙中带电离子 的形成和运动过程
先思考：
为 什 么 绝 缘 体 不 导 电 ， 而导体能够导电？
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
为什么绝缘体不导电，而导体能够导电？
绝缘体内部： 原子核周围的电子被原子核牢牢束缚，称
为束缚电子；
导体内部： 存在大量脱离原子核束缚的电子,称为自由
电子。ห้องสมุดไป่ตู้
思考：
空气是绝缘体，那么触头之间的空气为什么 会产生电弧，从而形成了一个导电的通道呢？
自由电子在强电场的作用下，加速向阳 极运动，这些具有很高的速度和巨大的动能 的电子，不断地与空气（或其他绝缘介质） 的原子或分子发生碰撞，使原子核周围的束 缚电子释放出来，形成自由电子和正离子， 这种现象就称为碰撞游离。
碰撞游离连续进行就可能导致触头间 充满了带电质点即大量的电子和正、负离 子，具有很强的电导性。
电晕放电 2、不均匀电场在稳态电压下的击穿特性 稍不均匀电场：不能维持稳定的电晕放电；
与均匀电场一样击穿电压=自持放电电压 实例：D/S≥2的球间隙、GIS的母线 极不均匀电场：能维持稳定的电晕放电；
击穿电压 >>(远大于)自持放电电压 实例： D/S<2 的球间隙、棒棒间隙、棒板间隙
从放电的观点如何区分电场的均匀程度：
内容提要
第一节 气体介质的绝缘特性 第二节 液体介质的绝缘特性 第三节 固体介质的绝缘特性 第四节 组合绝缘的耐电特性 思考题与习题
第一节 气体介质的绝缘特性 一、空气间隙的击穿机理 二、均匀电场中气体间隙击穿电压与气体密度 的关系 三、电场是否均匀对空气间隙击穿电压的影响 四、气体间隙的直流击穿电压和极性效应 五、冲击电压作用下的空气间隙的击穿电压
带点粒子在足够大的电场作用下，高速运动 并不断加速，出现强烈的碰撞电离，形成电子崩， 由许多电子崩产生大量正负带电质点混合的离子 通道即流注，当流注把空气间隙的两极接通时， 整个间隙随之击穿。
整个过程： 碰撞电离 电子崩（非自持放电） 二次电子崩 流注 间隙被击穿 在均匀电场中发生自持放电，间隙即被击穿；
空间间隙距离大于50cm 负极性的直流平均击穿场强: 10kV/cm; 正极性的直流平均击穿场强: 4.5kV/cm;
三、电场是否均匀对空气间隙击穿电压的影响
稳态电压：持续作用电压，指的是工频交流和直流电压 1、均匀电场在稳态电压下的击穿特性 1）没有极性效应；2）与电压作用时间无关；3）不会出现