电气绝缘基础知识讲解学习

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
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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，
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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。
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。
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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
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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。
电子。
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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？
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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） 。
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六、影响气体间隙击穿电压的各种因素 七、六氟化硫（ SF6 ）气体的绝缘特性 八、气体放电的不同形式 九、气体中固体介质的沿面放电
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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
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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。
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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
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
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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。
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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
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第二章 电气绝缘基础知识
安庆培训基地 汪辉
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
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第一节 气体介质的绝缘特性 一、空气间隙的Biblioteka Baidu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
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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
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；
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。
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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； 在极不均匀电场中发生自持放电，会发生电晕
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
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先思考： 为 什 么 绝 缘 体 不 导 电 ， 而导体能够导电？
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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
放电，但间隙并不被击穿，必须增高电压， 才可以击穿间隙。
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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
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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； 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。
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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。
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思考：什么叫碰撞游离？
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。
称为强电场发射。
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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。
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。
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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
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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:
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;