电介质物理电介质的击穿1.pptx

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1、会计学1电介质物理电介质物理(wl)电介质的击穿电介质的击穿1第一页，共84页。2绝缘子的沿面闪络雷电(lidin)放电概述(i sh)第1页/共84页第二页，共84页。3绝缘子的沿面闪络概述(i sh)第2页/共84页第三页，共84页。4绝缘子的沿面闪络雷电(lidin)放电大气压下均匀(jnyn)放电概述(i sh)第3页/共84页第四页，共84页。5绝缘子的沿面闪络雷电(lidin)放电大气压下均匀(jnyn)放电固体(gt)绝缘材料中的放电概述第4页/共84页第五页，共84页。6绝缘子的沿面闪络雷电(lidin)放电大气压下均匀(jnyn)放电电缆(dinln)击穿事故概述第5页/共8

2、4页第六页，共84页。7绝缘子的沿面闪络雷电(lidin)放电变压器电缆终端击穿(j chun)事故概述(i sh)第6页/共84页第七页，共84页。8绝缘子的沿面闪络雷电(lidin)放电大气压下均匀(jnyn)放电美国加州 2002年1月以及3月连续两次发生全州停电事故。为防止整个系统瘫痪，加州实行了二战后的首次灯火管制，以避免对电力设备造成损害，引发更大面积的不能控制的断电(dun din)事故。主要原因设备严重老化。加州大停电概述第7页/共84页第八页，共84页。9绝缘子的沿面闪络雷电(lidin)放电 2001年2月22日停电事故，沈阳市区停电面积超过70%。事故是从高压输电线路的燃

3、弧放电开始的。辽沈为我国重工业区，含盐的空气污染物附着在绝缘瓷瓶上，大雾湿气使瓷瓶绝缘能力降低，电流沿着瓷瓶表面爬升，出现闪烙放电现象。辽沈停电事故中，几乎所有的高压输电线路都“火冒三丈”，停电事故最厉害的就是工业集中、污染严重的铁西区，该区全部(qunb)停止了电力供应，损失巨大。辽沈大停电(tn din)概述第8页/共84页第九页，共84页。10概述(i sh)现象：当施加于电介质的电场强度(qingd)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。1.1.概述概述(i sh)(i sh)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：第9页/共8

4、4页第十页，共84页。11概述(i sh)介质击穿：电极间的短路现象；是电介质的基本性能(xngnng)之一；决定了电介质在强场下保持绝缘性能(xngnng)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：高压输电；高能粒子加速器；半导体器件；集成电路介质击穿的应用：

5、气隙开关、放电管，局部放电 等离子体对细胞膜的作用第10页/共84页第十一页，共84页。12概述(i sh)第11页/共84页第十二页，共84页。13介质击穿主要(zhyo)分为热击穿和电击穿两大类p 热击穿p 由于介质内热的不稳定(wndng)过程所造成（非本征性质）概述(i sh)p 电击穿 是介质在强电场作用下产生的本征物理过程 度量介质耐受电场作用的能力耐电强度 具有可逆与不可逆的击穿形式与材料性能、绝缘结构、电压种类、环境温度有关第12页/共84页第十三页，共84页。14概述(i sh)第13页/共84页第十四页，共84页。15概述(i sh)第14页/共84页第十五页，共84页。1

6、6概述(i sh)电介质的基本电性能参数之一，代表了电介质在电场作用下保持绝缘状态的极限能力。绝缘损坏是造成电力设备、电力系统事故的主要因素，约占70%。高场强的应用越来越多，如电子器件，电压不高场强高，高场强问题多。击穿过程中，有电流倍增效应，以及(yj)光、热、机械力的作用，在工程应用技术中，有广阔的应用前景。如超薄电视机就是气体放电引起荧光物质发光。研究(ynji)击穿的意义和作用第15页/共84页第十六页，共84页。172.2.气体气体(qt)(qt)介质的击穿介质的击穿气体(qt)介质的击穿特点：电流剧增、发光、发声表现形式：辉光放电：气压低、功率小 火花放电(hu hu fn di

7、n)电弧放电 电晕放电：电场极不均匀气压不太低第16页/共84页第十七页，共84页。182.2.气体气体(qt)(qt)介质的击穿介质的击穿气体介质(jizh)的击穿基本理论：（1）载流子的产生过程 （2）载流子的消失 （3）碰撞(pn zhun)电离理论模型 （4）极不均匀电场中气体的击穿330kV输电线路杆塔第17页/共84页第十八页，共84页。19一.强电场下气体(qt)中载流子的产生l 强电场(din chng)下气体载流子产生碰撞(pn zhun)电离光电离热电离正离子撞击阴极光电发射l 原子的激励和电离l 阴极的表面电离气体介质的击穿热电子发射和场致发射负离子的形成第18页/共84

8、页第十九页，共84页。20l 原子(yunz)的激励和电离激励(jl)在外界因素作用下，原子中的电子获得能量，可以跃迁到能量较高的能级轨道上去(shng q)，这个过程称为原子的激励。基态激励能激励态不稳定，寿命为10-710-8 s，然后又返回到基态。气体介质的击穿第19页/共84页第二十页，共84页。21激励(jl)电位激励(jl)能激励(jl)过程所需要的能量有时，用激励电位来反映激励能 电子电荷 表示普朗克常数，Js。表示光子能量。气体介质的击穿第20页/共84页第二十一页，共84页。22电离(dinl)在外界电离因素作用下，原子(yunz)中一个或几个电子获得能量足够大时，可以脱离原

9、子(yunz)核的束缚而形成自由电子和正离子的过程。电离(dinl)过程可表示为一次电离基态正离子电子电离能分级电离显然气体介质的击穿第21页/共84页第二十二页，共84页。23一.强电场(din chng)下气体中载流子的产生l 强电场下气体(qt)载流子产生碰撞(pn zhun)电离光电离热电离正离子撞击阴极光电发射l 原子的激励和电离l 阴极的表面电离气体介质的击穿热电子发射和场致发射负离子的形成第22页/共84页第二十三页，共84页。24l 强电场(din chng)下气体载流子产生1.碰撞(pn zhun)电离当电场足够强使电子和离子的动能积累(jli)到一定数值后，在和气体分子发生

10、碰撞时，可以使气体分子电离（或激励），这就是碰撞电离。碰撞电离是气体放电中载流子产生的极重要因素。气体介质的击穿第23页/共84页第二十四页，共84页。25为什么碰撞电离主要(zhyo)由电子和气体分子的碰撞而引起的？电子的质量小，在和分子发生(fshng)弹性碰撞的时候几乎不损失动能，可以继续积累动能，离子则不然。解答(jid)：电子尺寸小，比气体分子小的多，因此电子的自由行程长，获得的动能多。气体介质的击穿第24页/共84页第二十五页，共84页。26电子(dinz)碰撞电离系数 一个电子沿着电场方向行经单位距离平均发生(fshng)的碰撞 电离次数。单位1/m。因此 也是一个电子在单位长度

11、(chngd)行程内新电离的电子 数或正离子数。由电场强度和自由行程决定 定义气体介质的击穿第25页/共84页第二十六页，共84页。27 电子(dinz)与气体分子碰撞时，只要电子(dinz)动能大于气体分 子的电离能，则必然使分子电离；每次碰撞后，电子(dinz)失去全部动能。假设(jish)在行经了x后发生碰撞(pn zhun)，电子能引起碰撞(pn zhun)电离的条件为电离能电离电位根据波尔兹曼分布规律，设有n0个电子，且平均自由程为 ，经x距离 后，发生碰撞的电子数为气体介质的击穿第26页/共84页第二十七页，共84页。28单位距离中，一个电子的平均碰撞次数 其中(qzhng)xi大

12、于自由行程而导致碰撞电离的次数为 气体介质(jizh)的击穿第27页/共84页第二十八页，共84页。29/p和E/p的关系(gun x)，constant，气体(qt)介质的击穿气体E/p(V/cm133Pa)A(1/cm133Pa)B(V/cm133Pa)空气201508.5250空气15060014.6365N215060012.4342CO2500100020.0466A、B 的经验(jngyn)数据 第28页/共84页第二十九页，共84页。302.光电离光辐射引起(ynq)气体分子电离的过程称为光电离。光子的能量(nngling)大于气体分子的电离能：产生(chnshng)光电离的必要

13、条件 光电离过程 光辐射能够引起光电离的最大波长为 光辐射的来源 l紫外线、宇宙射线、X射线l气体放电过程中l 引起别的分子的光电离或分级电离，促进气体放电的进一步发展。气体介质的击穿第29页/共84页第三十页，共84页。313.热电离(dinl)与气体热状态有关的电离过程(guchng)称为热电离。在室温时，分子平均动能很小，不会(b hu)发生电离；但是T，平均动能增大。按气体分子平均动能按自由度均分原则，在气体温度为T时，气体分子每个自由度的平均动能为 热电离产生条件气体介质的击穿第30页/共84页第三十一页，共84页。32总能量(nngling)大于分子电离能两个分子(fnz)相互碰撞

14、时的总能量 温度在上万度以上才可能发生(fshng)热电离。气体介质的击穿Mission impossible！第31页/共84页第三十二页，共84页。334.负离子的形成(xngchng)一些电子亲和力较大的元素（如O、Cl、F等），不仅在生成化合物时易于(yy)形成负离子，而且当它们以分子状态存在时，如果遇到电子，容易吸附电子而形成负离子。自由电子附着于电子亲和力较大的元素或这些元素的化合物形成负离子的过程称为(chn wi)电子的附着。电子附着过程种伴随着光辐射。这类容易形成负离子的气体，称为(chn wi)负电性气体。气体介质的击穿第32页/共84页第三十三页，共84页。34l气体成分

15、(chng fn)有关l还与 p 及 E 有关 电子(dinz)附着系数 一个(y)电子在电场方向单位长度行程内可能附着于中性分子的次数。定义 影响 的因素 表示方法气体介质的击穿第33页/共84页第三十四页，共84页。35 随着电场强度的增大（即电子能量增大）电子附着效应(xioyng)减弱；、p及E实验(shyn)规律图 随着气压的增大，由 于能量(nngling)减小，电子附 着效应增大。l 说明低能电子容易附着，高能电子不易附着。气体介质的击穿第34页/共84页第三十五页，共84页。36电子附着(fzhu)的作用设 处有 个电子，走过距离(jl)后，由于电离作用，增加的电子数为：由于附

16、着效应而减少(jinsho)的电子数为：从而，电子的净增加数应为：由此可见,附着效应的存在，相当于电离系数减小了，因此，附着效应是抑制电子数倍增的因素。气体介质的击穿第35页/共84页第三十六页，共84页。37一.强电场下气体(qt)中载流子的产生l 强电场下气体(qt)载流子产生碰撞(pn zhun)电离光电离热电离正离子撞击阴极光电发射l 原子的激励和电离l 阴极的表面电离气体介质的击穿热电子发射和场致发射负离子的形成第36页/共84页第三十七页，共84页。38l 阴极的表面(biomin)电离 由于气体放电中电流是连续的，必然存在阴极发射电子的过程，称为(chn wi)阴极的表面电离。条

17、件：电子能量大于金属的逸出功。定义(dngy)气体介质的击穿1、正离子撞击阴极 正离子向阴极移动，撞击阴极时将动能和位能传递给电子，使其逸出金属，引起表面电离。第37页/共84页第三十八页，共84页。39一个正离子撞击阴极(ynj)平均释放的自由电子数。必须从阴极(ynj)释放一个以上的自由电子才能造出表面电离。由于过程从阴极(ynj)发射的电子称为二次电子。与电极的逸出功有关，因而(yn r)与电极材料及其表面状态有关。表面(biomin)电离系数 表面电离系数一般为10-2数量级，下表给出了几种气体的表面电离系数。气体阴极材料ArH2空气N2HeAlCuFe0.120.060.060.10

18、.050.060.0350.0250.020.10.0650.060.020.015气体介质的击穿第38页/共84页第三十九页，共84页。402、光电发射(fsh)光照(gungzho)后发射电子，为表面光电发射。定义(dngy)条件l 光子能量大于金属逸出功l 对大多数金属，射线为紫外光范围气体介质的击穿光的来源：由外来射线产生，短波射线才有电离气体能力。分子从激发态回到基态，或异性离子复合时产生光子。第39页/共84页第四十页，共84页。413、热电子发射(fsh)和场致发射(fsh)热电子发射(fsh)场致发射(fsh)这时气体早就击穿了。因此表面电离方式中，起主要作用的是正离子撞击阴极

19、和光电发射。气体介质的击穿第40页/共84页第四十一页，共84页。42二.载流子的消失(xiosh)l 载流子的扩散(kusn)l 载流子的复合(fh)气体介质的击穿载流子的产生过程 载流子的消失过程 互动 决定绝缘是否击穿 载流子在电场作用下作定向运动，从而消失于电极，构成电导电流；载流子的复合和扩散。空间载流子消失方式 第41页/共84页第四十二页，共84页。43电力设备电气绝缘国家重点实验室State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment1、载流子的复合(fh)正离子与负离子或电子碰撞时，复合成中性分子并发

20、生光辐射，称这个(zh ge)过程为复合。正、负离子复合后形成两个分子，释放出的能量为电离能和从负离子剥夺(bdu)电子所耗能量之差+=A 气体介质的击穿第42页/共84页第四十三页，共84页。44电力设备电气绝缘国家重点实验室State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power EquipmentB当 时，引起(ynq)其他地方的光电离。气体(qt)介质的击穿第43页/共84页第四十四页，共84页。45电力设备电气绝缘国家重点实验室State Key Laboratory of Electrical Insulation and Po

21、wer Equipment复合(fh)速率复合(fh)系数 复合系数与载流子间的相对速度(xin du s d)有关：大则 小当 则 小当 则 大气体介质的击穿第44页/共84页第四十五页，共84页。46电力设备电气绝缘国家重点实验室State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment2、载流子的扩散(kusn)与气体分子的扩散相似，当气体载流子的分布不均匀时，载流子将从浓度高的区域向浓度低的区域移动，使分布趋于均匀(jnyn)的过程称为扩散。由于 且载流子本身的浓度不大，因而载流子间的距离较大(jio d)，静电斥

22、力很小，因此扩散不是由静电斥力造成的。而是与气体分子的扩散一样，是热运动造成的。气体介质的击穿第45页/共84页第四十六页，共84页。47电力设备电气绝缘国家重点实验室State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment扩散系数其中(qzhng)M、p为气体的摩尔质量和压力。当T，p，M，则D，离子(lz)扩散速度慢，电子扩散速度快。气体(qt)介质的击穿第46页/共84页第四十七页，共84页。48小结小结:主要内容：概论、气体介质主要内容：概论、气体介质(jizh)(jizh)的的击穿击穿气体介质(jizh)的击穿

23、 气体击穿的基本理论(lln)：（1）载流子的产生过程 （2）载流子的消失 （3）碰撞电离理论(lln)模型 （4）极不均匀电场中气体的击穿第47页/共84页第四十八页，共84页。49主要概念主要概念 电子碰撞电离系数电子碰撞电离系数：一个电子沿着电场方向行经单位距离平均：一个电子沿着电场方向行经单位距离平均发生的碰撞电离次数。发生的碰撞电离次数。电子附着系数电子附着系数：一个电子在电场方向单位距离内可能附着于中：一个电子在电场方向单位距离内可能附着于中性分子的次数。性分子的次数。表面表面(biomin)(biomin)电离系数电离系数：一个正离子撞击阴极平均释放的自：一个正离子撞击阴极平均释

24、放的自由电子数。由电子数。气体(qt)介质的击穿主要主要(zhyo)(zhyo)过程过程（1 1）载流子的产生过程：一次电子）载流子的产生过程：一次电子-过程过程+过程过程 二次电子二次电子-过程过程（2 2）载流子的消失：电导电流、复合、扩散）载流子的消失：电导电流、复合、扩散第48页/共84页第四十九页，共84页。50电力设备电气绝缘国家重点实验室State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment三.均匀(jnyn)电场中气体击穿的理论l气体(qt)击穿的汤逊（Townsend）理论l气体(qt)击穿的流注理论

25、l自持放电条件第49页/共84页第五十页，共84页。51气体介质(jizh)的电击穿（3）碰撞电离(dinl)理论模型故不可能由碰撞电离(dinl)产生击穿 阴极有n0个电子，经碰撞电离到达阳极产生电流密度：由介质击穿一般条件：第50页/共84页第五十一页，共84页。52电子(dinz)增殖过程：p阴极(ynj)发射n0个电子，碰撞产生正离子，正离子撞击阴极(ynj)表面产生ns个二次电子，则阴极(ynj)表面发射ne=n0+ns个电子。气体(qt)介质的电击穿p ne个电子经过 作用到达阳极时增加为nee d 个电子，则有 nee d-ne个正离子回到阴极产生二次电子：第51页/共84页第五

26、十二页，共84页。53自持(zch)放电条件：气体(qt)介质的电击穿当时，达到(d do)放电条件故为自持放电条件。第52页/共84页第五十三页，共84页。54物理(wl)意义：一个从阴极出发的初始电子到达阳极(yngj)时，通过碰撞电离产生ed 个电子、正离子；其中除第一个初始电子外的(ed-1)个正离子回到阴极，通过作用，产生出(ed-1)个二次电子；当二次电子数最少为一个时，可代替初始电子的作用，继续不断从阴极发出电子 形成不依赖外界因素的初始电子，从而产生自持放电。气体(qt)介质的电击穿第53页/共84页第五十四页，共84页。55巴申定律(dngl)：p在碰撞电离理论建立之前，巴申

27、得到均匀电场中气体放电电压与气隙压力及气隙宽度间的实验关系。发现：p （i）气隙放电电压UB与气压p和气隙宽度d的乘积(chngj)（pd）有关，当p、d同时变化，而（pd）不变时，放电电压不变。p （ii）在某一（pd）值下，气隙放电电压出现最低值。气体(qt)介质的电击穿第54页/共84页第五十五页，共84页。56由自持(zch)放电条件，与p关系，及均匀电场条件为什么附着(fzhu)电子性强的气体具有高耐压比？气体介质(jizh)的电击穿可得气隙放电电压：第55页/共84页第五十六页，共84页。572.2 流注(li zh)理论适用于气隙初始放电（无初始电子），气隙较长，气压较高时的放电

28、现象。以Townsend 碰撞电离为基础，考虑(kol)了放电过程中的光现象，即光致电离对电离的发展起重要作用。电子与正离子复合产生光发射。电子崩头部离子数108，最后形成很窄击穿通道。气体(qt)介质的电击穿第56页/共84页第五十七页，共84页。58（1）阳极(yngj)流注的形成 初崩中部的光辐射作用(zuyng)在其崩头前方产生了二次崩。二次崩尾受初崩吸引汇入初崩，等离子区由阴极向阳极伸展。气体介质(jizh)的电击穿 初崩接近阳极时，崩中部的光辐射作用在崩尾产生二次崩。初崩尾吸引二次崩头，汇入初崩，等离子区由阳极向阴极伸展。（2）阴极流注的形成第57页/共84页第五十八页，共84页。

29、59流注(li zh)形成的条件即为自持放电的条件：放电过程将由于空间光电离而导致(dozh)转入自持放电。气体介质(jizh)的电击穿初崩内电荷密度足够大，使光电离强烈到可在初崩外部形成二次电子。初崩的空间电荷电场足够强，以致能产生二次崩和吸引二次崩汇入初崩。流注放电条件：一般取，即 ed 108时，第58页/共84页第五十九页，共84页。602.3 不均匀电场中气体放电(fng din)的极性效应（电晕放电(fng din)）p不均匀(jnyn)电场中，放电在局部强电场区开始发生，电离的起始放电电压（电晕电压）低于气隙击穿电压。p负针尖时的气隙击穿电压高于正针尖时的气隙击穿电压。表现出明显

30、的极性效应。气体(qt)介质的电击穿第59页/共84页第六十页，共84页。61针尖尺寸(ch cun)与电晕放电脉冲a）空气中电晕b）油中电晕气体(qt)介质的电击穿第60页/共84页第六十一页，共84页。622.4 沿固体电介质表面(biomin)气体放电p沿面放电（沿面滑闪或沿面闪络）：发生于气体与固体介质界面（即固体表面）的放电现象。p试验特点：p 1）明显低于纯气隙的放电电压。p 2）与固体介质表面状况密切相关，如湿、污。p 3）与电压种类有关。冲击(chngj)高频直流50Hz。p 4）与电极的布置，即电场的均匀度有关。p改善措施：p 改善沿面电场分布，避免表面沾污，延长沿面距离。气

31、体(qt)介质的电击穿XHP1-240耐污型绝缘子剖面图XHP1-240耐污型绝缘子电场分布图XHP1-240耐污型绝缘子电位分布图第61页/共84页第六十二页，共84页。63实验观察(gunch)结果：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(diny)增加而增大气体(qt)介质的电击穿第62页/共84页第六十三页，共84页。643.固体(gt)介质的电击穿 固体介质(jizh)的电击穿p实验特征：p 击 穿 场 强 较 高 108109V/m。空 气 106V/mp 在一定温度范围内，介质击穿场强随温度升高而增大（或变化不大），p固体介质与气体介质的区别：p 组成固体

32、的原子（离子、分子）不像在气体中那样作任意的布朗运动，而只能在自己的平衡位置附近作微小(wixio)的热振动。p 固体原子的彼此接近，使分立电子能级变成能带，当满带电子获得足够能量穿越禁带时，发生电离，故禁带能量（宽度）相当于电子的电离能。第63页/共84页第六十四页，共84页。65固体介质(jizh)的电击穿p固体介质电击穿理论是在气体放电的碰撞电离理论基础上建立起来。p与气体中电子和分子等的碰撞类似的过程是固体中电子与晶格波的相互作用。p按击穿发生的判定条件不同，电击穿理论可分为两类：p 以碰撞电离开始为判据本征电击穿p 以电离开始，电子数倍增到一定数值，足以破坏(phui)介质绝缘状态为

33、判据“雪崩”击穿第64页/共84页第六十五页，共84页。66固体(gt)介质的电击穿3.13.1本征电击穿本征电击穿本征电击穿本征电击穿(j chun)(j chun)击穿时电子（q）单位时间从电场(din chng)EB 获得的能量：则有：m*为电子有效质量，为电子的平均自由行程时间（松弛时间）温度升高、电子与晶格碰撞频繁，平均寿命愈短，晶体的击穿场强升高。杂质会引起晶体点阵发生畸变，使得电子与晶格的碰撞机会增多，使击穿场强增高。EB 一般与试样厚度无关，但当试样的厚度极薄，小于电子的平均自由程时，电子尚未充分加速就达电极，使介质击穿场强增高。第65页/共84页第六十六页，共84页。67固体

34、(gt)介质的电击穿3.2 “雪崩(xubng)”击穿强场下隧道电流随场强增大而迅速增大。隧道电流与禁带宽度密切相关，禁带狭窄时，较低场强下有很大隧道电流。由于电介质禁带宽度较宽，故场强低于109V/m时，难以发生(fshng)隧道击穿。（1）隧道击穿由于隧道效应使介质中电流增大，介质失去绝缘性能的现象。第66页/共84页第六十七页，共84页。68固体介质(jizh)的电击穿（2）碰撞(pn zhun)电离击穿 电子的四十代增殖理论：由阴极出发的初始电子，在其向阳极运动的过程中，1cm内的电离次数(csh)达到=40次，产生2=1012个新电子时，介质便发生击穿。介质厚度很薄时，碰撞电离不足以

35、发展到四十代，电子崩已进入阳极复合时，介质就不能击穿，此时介质击穿场强将要提高。第67页/共84页第六十八页，共84页。69固体(gt)介质的电击穿3.3 聚合物中的空间电荷及击穿(j chun)模型（1）产生方式 电导介质中电荷的移动 注入电极发射电荷 捕获捕获运动电荷在聚合物链上不连续的区域(qy)内(陷阱)（2）同极性与异极性空间电荷第68页/共84页第六十九页，共84页。70固体介质(jizh)的电击穿（3）陷阱能态密度(md)与分布对空间电荷的影响电极注入的电荷被陷阱捕获形成空间电荷分子结构与聚集态、杂质等对陷阱分布影响大注入电子被俘获释放迁移再俘获，在介质中形成大量空间电荷如：LD

36、PE在3050oC，无陷阱，无空间电荷 HDPE在30oC，有陷阱，阴极积累负空间电荷测试方法：陷阱态密度(md)与分布测量TSC介质空间电荷分布测量压力波、电声脉冲第69页/共84页第七十页，共84页。71固体(gt)介质的电击穿（4）聚合物材料(cilio)击穿的陷阱模型 聚合物的能带结构(jigu)第70页/共84页第七十一页，共84页。72固体(gt)介质的电击穿 决定聚合物破坏的是深陷阱(xinjng)密度。因此可采取将深陷阱(xinjng)转化成浅陷阱(xinjng)，降低以至于消除深陷阱(xinjng)的存在，从而达到提高聚合物击穿场强的目的。第71页/共84页第七十二页，共84

37、页。73固体(gt)介质的电击穿6克尔效应(xioyng)测量液体空间电荷电声脉冲法测量固体(gt)绝缘中的空间电荷 第72页/共84页第七十三页，共84页。74固体介质(jizh)的电击穿3.4 树枝(sh zh)化介质中空间电荷影响聚合物中电树枝的引发与发展。即电树枝由绝缘中的缺陷引起。在AC和DC场中，电树枝的生长速度(sd)随场强变化规律不同。树枝管中的气体放电对树枝的发展起主导作用。第73页/共84页第七十四页，共84页。75固体介质(jizh)的电击穿6 XLPE电缆材料中电树枝(sh zh)生长长度随时间的变化 1min 15min 60min6 100H z 200H z 50

38、0Hz 1000Hz XLPE电缆材料中电树枝结构与外施电压(diny)频率的关系 第74页/共84页第七十五页，共84页。76固体(gt)介质的电击穿3.5 局部(jb)放电（1）复合介质(jizh)的击穿第75页/共84页第七十六页，共84页。77交流下，电场按介电常数(ji din chn sh)分配固体(gt)介质的电击穿直流下，电场(din chng)按电导率分配双层介质最大击穿条件：双层介质最大击穿条件：第76页/共84页第七十七页，共84页。78固体介质(jizh)的电击穿平均(pngjn)放电次数（2）局部放电介质(jizh)发生不贯穿电极的局部击穿现象放电起始电压视在放电量放

39、电能量第77页/共84页第七十八页，共84页。79固体介质(jizh)的电击穿现象现象现象现象(xinxing)(xinxing)观测：观测：观测：观测：第78页/共84页第七十九页，共84页。80固体(gt)介质的电击穿汤逊类放电(fng din)第79页/共84页第八十页，共84页。81固体(gt)介质的电击穿流注(li zh)类放电第80页/共84页第八十一页，共84页。824.4.电介质的热击穿电介质的热击穿电介质的热击穿电介质的热击穿 p热击穿：介质在电压作用热不稳定过程介质热破坏现象。p若介质中漏电流和松弛损耗产生的焦耳热不能及时发散，使介质失去热平衡，温度快速升高，发生热作用引起

40、击穿破坏。p热击穿与介质的发热(f r)因素、散热条件以及环境温度有密切关系。介质的发热(f r)决定于介质电导与松弛损耗，散热条件和环境温度则与介质作为绝缘材料使用时的具体工作条件有关，所以介质热击穿问题应属于一个典型的工程绝缘技术问题。电介质的热击穿第81页/共84页第八十二页，共84页。83（1）电介质击穿的主要形式？（2）电击穿中载流子的产生方式？（3）气体介质电击穿的理论与实验规律？（4）电子碰撞电离系数，电子附着系数的物理(wl)意义？（5）聚合物电击穿的陷阱模型？（6）树枝化与局部放电的关系？（7）固体热击穿电压随介质温度和厚度的变化？思考题：电介质的击穿(j chun)第82页/共84页第八十三页，共84页。84下次课内容(nirng)：电介质的带电及功能特性第83页/共84页第八十四页，共84页。