1 介质的绝缘特性与电气强度

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1、介质的绝缘特性与电气强度

(1)气体放电的基本物理过程(2)气体介质的电气强度(3)静电感应现象

(4)等效电容的应用

(5)固体介质的电导与击穿(6)液体介质的电导与击穿(7)关于绝缘材料的电容电流(8)绝缘介质的介电损耗(9)电力系统过电压

(1)气体放电的基本物理过程

气体介质是电力系统和电气设备中常用的绝缘

气体等。当电场强度达到一介质。如:空气、SF

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定数值后,气体会失去绝缘能力,从而造成事故。

处于正常状态的气体是一种绝缘介质,但是气体通常并不是理想的绝缘介质,因为气体中总是存在少量带电质点。

带电质点的产生

在电场作用下气体间隙中能发生放电现象,说明其中存在大量带电质点。

带电质点产生的两种形式:

气体分子的电离

金属的表面电离

气体分子的电离:碰撞电离;光电离;热电离

✓碰撞电离:在电场作用下,电子被加速而获得动能,当电子从电场获得的动能等于或大于气体分子的电离能时,就有可能因碰撞而使气体分子发生电离,分裂为电子和正离子。

✓光电离:光辐射引起的气体分子的电离过程称为光电离。

✓热电离:由分子热运动引起的气体分子的电离。

金属表面电离:电子从金属表面逸出称为表面电离。

金属表面电离的主要形式:正离子碰撞阴极;光电效应;场致发射;热电子放射

(一)正离子碰撞阴极

正离子在电场中加速碰撞阴极表面,阴极释放出2个以上电子,一个和正离子结合成为原子,其余的成为自由电子。

(二)光电效应

光电效应:金属表面受到光的照射放射出电子,这种现象称为光电效应。

(三)场致发射

在阴极附近加以很强的外电场使阴极放射出电子,称为场致发射或冷发射。

由于场致发射所需外电场极强,在107V/cm数量级,所以在一般气体间隙的击穿过程中不会发生场致发射。(四)热电子放射

阴极达到很高温度时,电子可获得巨大动能而逸出金属表面,称为热电子放射。

✓负离子的形成:电子和气体分子碰撞非但没有电离出新电子,反而是碰撞电子附着于分子,形成了负离子。✓能够在电子碰撞过程中形成负离子气体,称为电负性气体。

已发现的负离子有:

✓负离子的形成起着阻碍放电的作用

负离子的形成

带电质点的消失

三种方式:

1、带电质点在电场作用下作定向运动,从而消失于电极(形成电流);

2、带电质点的扩散

带电质点从浓度高的地方向浓度低的地方移动,趋向是使带电质点的浓度变得均匀。

3、带电质点的复合

正离子和负离子或电子相遇,发生电荷的传递而互相中和,并还原为原子或分子的过程称为复合。

气体放电基本概念

气体放电:气体中存在电流的各种形式统称为气体放电

处于正常状态的气体是一种绝缘介质,但是气体通常并不是理想的绝缘介质,因为气体中总是存在少量带电质点。由于气体中带电质点极少,所以气体仍为优良的绝缘体

气体击穿:当气体间隙上外施电压达一定数值,电流突然剧增,气体失去绝缘性能。气体由绝缘状态突变为导电状态的过程称为击穿。

沿面闪络:当击穿过程发生在气体与液体或气体与固体的交界面上时,称为沿面闪络

击穿电压:引起气体间隙击穿的电压称为击穿电压。

临界击穿场强:引起气体发生击穿的电场强度称为临界击穿场强。

气体放电的4种基本形式

1、辉光放电

2、电弧放电

3、火花放电

4、电晕放电

1、辉光放电

低气压、电源功率小,管内阴极和阳极间整个空间出现发光现象,这种放电形式称为辉光放电。

辉光放电的特点:电流密度较小,放电区域通常占据整个空间;管端电压较高,不具有短路的特性。

2、电弧放电

外回路阻抗小,电源功率大,放电通道细、且明亮,管端电压接近于零,这时的放电形式称为电弧放电。

电弧放电的特点:电流密度很大,管端电压很低,具有短路的特性。

3、火花放电

电弧放电与火花放电的关系:

(1)当外回路中阻抗很大,电源功率不足:火花放电

(2)当外回路阻抗很小、电源功率足够大:电弧放电

4、电晕放电

在电极附近电场最强处出现发光层,随着电压升高发光层逐渐扩大,放电电流也逐渐增大。这种放电称为电晕放电。

发生电晕放电时,气体间隙的大部分尚未丧失绝缘性能,放电电流很小,间隙仍能耐受电压的作用。

随着电压升高,最终间隙将被击穿。随后的发展,根据电源功率的大小而转为电弧放电或火花放电。

气体放电的基本物理过程

气体放电试验电路气体放电过发展过程

电压小于U

:电流数值很小,通常远小于微安级,气体绝缘性能未被破坏,间隙未被击穿。

电压大于U

:电流数值很大(放电形式与外界条件相

关),U

0称为放电起始电压。

巴申定律(巴申曲线)

(2)气体介质的电气强度

根据不同的电极结构,电场性质可以分为:均匀电场、稍不均匀电场、极不均匀电场

电场不均匀系数:为了比较各种结构的电场的不均匀程度,引入电场不均匀系数f ,它是最大场强E max 和平均场强E av 的比值。

气体击穿的极性效应

f<2 ,稍不均匀电场

f>4 ,极不均匀电场

f=1 ,均匀电场

极不均匀电场下的极性效应

(1)尖一板电极:

尖为正极性时击穿电压低

尖为负极性时击穿电压高。

(2)尖-尖电极:没有极性效

应,击穿电压介乎极性不同的尖

一板电极之间。

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