电介质物理》课件电介质的击穿

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1、《工程电介质物理学》电介质的击穿BreakdownofDielectrics李建英2012年4月~5月11.概述2.气体电介质的击穿3.液体电介质的击穿4.固体电介质的击穿主要内容：2绝缘子的沿面闪络雷电放电概述3绝缘子的沿面闪络概述4绝缘子的沿面闪络雷电放电大气压下均匀放电概述5绝缘子的沿面闪络雷电放电大气压下均匀放电固体绝缘材料中的放电概述6绝缘子的沿面闪络雷电放电大气压下均匀放电电缆击穿事故概述7绝缘子的沿面闪络雷电放电变压器电缆终端击穿事故概述8绝缘子的沿面闪络雷电放电大气压下均匀放电美国加州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

2、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事故。主要原因设备严重老化。加州大停电概述9绝缘子的沿面闪络雷电放电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，该区全部停止了电力供应，损失巨大。辽沈大停电概述10概述现象：当施加于电介质的电场强

3、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。1.概述表征：介质发生击穿时，通过介质的电流剧烈地增加，其特征为：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。Breakdownisacross-overinthecurrentfromstabilitytoinstabilityatsomefield,withconsequentmaterialmodification.绝缘技

4、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：气隙开关、放电管，局部放电等离子体对细胞膜的作用12概述13介质击穿主要分为热击穿和电击穿两大类热击穿由于介质内热的不稳定过程所造成（非本征性质）概述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14概述15概述16概述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，

5、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。研究击穿的意义和作用172.气体介质的击穿气体介质的击穿特点：电流剧增、发光、发声表现形式：辉光放电：气压低、功率小火花放电电弧放电电晕放电：电场极不均匀气压不太低182.气体介质的击穿气体介质的击穿基本理论：（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19一.强电场下气体中载流子的产生强电场下气体载流子产生碰撞电离

6、光电离热电离正离子撞击阴极光电发射原子的激励和电离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20原子的激励和电离激励在外界因素作用下，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，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10-7—10-8s，然后又返回到基态。气体介质的击穿21激励电位激励能激励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，J·s。表示光子能量。气体介质的击穿22电离在外界电离因素作用下，原子中一个或几个电子获得能量足够大时，可以脱离原子核的束缚而形成自由电子和正离子的过程。电离过

7、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23一.强电场下气体中载流子的产生强电场下气体载流子产生碰撞电离光电离热电离正离子撞击阴极光电发射原子的激励和电离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24强电场下气体载流子产生1.碰撞电离当电场足够强使电子和离子的动能积累到一定数值后，在和气体分子发生碰撞时，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25为什么碰撞电离主要由电子和气体分子的碰撞而引起的？⑵电子的质量小，在和分子发生弹性碰撞的时候几乎不损失动能，可

8、以继续积累动能，离子则不然。解答：⑴电