《電介質(zhì)物理》課件 電介質(zhì)的擊穿-1.ppt

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1、《工程電介質(zhì)物理學(xué)》電介質(zhì)的擊穿BreakdownofDielectrics李建英2012年4月~5月11.概述2.氣體電介質(zhì)的擊穿3.液體電介質(zhì)的擊穿4.固體電介質(zhì)的擊穿主要內(nèi)容：2絕緣子的沿面閃絡(luò)雷電放電概述3絕緣子的沿面閃絡(luò)概述4絕緣子的沿面閃絡(luò)雷電放電大氣壓下均勻放電概述5絕緣子的沿面閃絡(luò)雷電放電大氣壓下均勻放電固體絕緣材料中的放電概述6絕緣子的沿面閃絡(luò)雷電放電大氣壓下均勻放電電纜擊穿事故概述7絕緣子的沿面閃絡(luò)雷電放電變壓器電纜終端擊穿事故概述8絕緣子的沿面閃絡(luò)雷電放電大氣壓下均勻放電美國(guó)

2、加州2002年1月以及3月連續(xù)兩次發(fā)生全州停電事故。為防止整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，加州實(shí)行了二戰(zhàn)后的首次燈火管制，以避免對(duì)電力設(shè)備造成損害，引發(fā)更大面積的不能控制的斷電事故。主要原因設(shè)備嚴(yán)重老化。加州大停電概述9絕緣子的沿面閃絡(luò)雷電放電2001年2月22日停電事故，沈陽(yáng)市區(qū)停電面積超過(guò)70%。事故是從高壓輸電線路的燃弧放電開(kāi)始的。遼沈?yàn)槲覈?guó)重工業(yè)區(qū)，含鹽的空氣污染物附著在絕緣瓷瓶上，大霧濕氣使瓷瓶絕緣能力降低，電流沿著瓷瓶表面爬升，出現(xiàn)閃烙放電現(xiàn)象。遼沈停電事故中，幾乎所有的高壓輸電線路都“火冒三丈”，停電

3、事故最厲害的就是工業(yè)集中、污染嚴(yán)重的鐵西區(qū)，該區(qū)全部停止了電力供應(yīng)，損失巨大。遼沈大停電概述10概述現(xiàn)象：當(dāng)施加于電介質(zhì)的電場(chǎng)強(qiáng)度增大到一定程度時(shí)，電介質(zhì)由絕緣狀態(tài)突變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)，此躍變現(xiàn)象稱為電介質(zhì)的擊穿。1.概述表征：介質(zhì)發(fā)生擊穿時(shí)，通過(guò)介質(zhì)的電流劇烈地增加，其特征為：11概述介質(zhì)擊穿：電極間的短路現(xiàn)象；是電介質(zhì)的基本性能之一；決定了電介質(zhì)在強(qiáng)場(chǎng)下保持絕緣性能的極限能力；成為決定電工、電子設(shè)備最終壽命的重要因素。介電強(qiáng)度：絕緣介質(zhì)所能承受的不產(chǎn)生介質(zhì)擊穿的最大場(chǎng)強(qiáng)。Breakdownisacr

4、oss-overinthecurrentfromstabilitytoinstabilityatsomefield,withconsequentmaterialmodification.絕緣技術(shù)向高場(chǎng)強(qiáng)方向發(fā)展：高壓輸電；高能粒子加速器；半導(dǎo)體器件；集成電路介質(zhì)擊穿的應(yīng)用：氣隙開(kāi)關(guān)、放電管，局部放電等離子體對(duì)細(xì)胞膜的作用12概述13介質(zhì)擊穿主要分為熱擊穿和電擊穿兩大類熱擊穿由于介質(zhì)內(nèi)熱的不穩(wěn)定過(guò)程所造成（非本征性質(zhì)）概述電擊穿是介質(zhì)在強(qiáng)電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的本征物理過(guò)程度量介質(zhì)耐受電場(chǎng)作用的能力——耐電

5、強(qiáng)度具有可逆與不可逆的擊穿形式與材料性能、絕緣結(jié)構(gòu)、電壓種類、環(huán)境溫度有關(guān)14概述15概述16概述電介質(zhì)的基本電性能參數(shù)之一，代表了電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下保持絕緣狀態(tài)的極限能力。絕緣損壞是造成電力設(shè)備、電力系統(tǒng)事故的主要因素，約占70%。高場(chǎng)強(qiáng)的應(yīng)用越來(lái)越多，如電子器件，電壓不高場(chǎng)強(qiáng)高，高場(chǎng)強(qiáng)問(wèn)題多。擊穿過(guò)程中，有電流倍增效應(yīng)，以及光、熱、機(jī)械力的作用，在工程應(yīng)用技術(shù)中，有廣闊的應(yīng)用前景。如超薄電視機(jī)就是氣體放電——引起熒光物質(zhì)發(fā)光。研究擊穿的意義和作用172.氣體介質(zhì)的擊穿氣體介質(zhì)的擊穿特點(diǎn)：電流劇

6、增、發(fā)光、發(fā)聲表現(xiàn)形式：輝光放電：氣壓低、功率小火花放電電弧放電電暈放電：電場(chǎng)極不均勻氣壓不太低182.氣體介質(zhì)的擊穿氣體介質(zhì)的擊穿基本理論：（1）載流子的產(chǎn)生過(guò)程（2）載流子的消失（3）碰撞電離理論模型（4）極不均勻電場(chǎng)中氣體的擊穿330kV輸電線路桿塔19一.強(qiáng)電場(chǎng)下氣體中載流子的產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng)下氣體載流子產(chǎn)生碰撞電離光電離熱電離正離子撞擊陰極光電發(fā)射原子的激勵(lì)和電離陰極的表面電離氣體介質(zhì)的擊穿熱電子發(fā)射和場(chǎng)致發(fā)射負(fù)離子的形成20原子的激勵(lì)和電離激勵(lì)在外界因素作用下，原子中的電子獲得能量，可以躍遷

7、到能量較高的能級(jí)軌道上去，這個(gè)過(guò)程稱為原子的激勵(lì)?；鶓B(tài)激勵(lì)能激勵(lì)態(tài)不穩(wěn)定，壽命為10-7—10-8s，然后又返回到基態(tài)。氣體介質(zhì)的擊穿21激勵(lì)電位激勵(lì)能激勵(lì)過(guò)程所需要的能量有時(shí)，用激勵(lì)電位來(lái)反映激勵(lì)能電子電荷表示普朗克常數(shù)，J·s。表示光子能量。氣體介質(zhì)的擊穿22電離在外界電離因素作用下，原子中一個(gè)或幾個(gè)電子獲得能量足夠大時(shí)，可以脫離原子核的束縛而形成自由電子和正離子的過(guò)程。電離過(guò)程可表示為一次電離基態(tài)正離子電子電離能分級(jí)電離顯然氣體介質(zhì)的擊穿23一.強(qiáng)電場(chǎng)下氣體中載流子的產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng)下氣體載流子產(chǎn)

8、生碰撞電離光電離熱電離正離子撞擊陰極光電發(fā)射原子的激勵(lì)和電離陰極的表面電離氣體介質(zhì)的擊穿熱電子發(fā)射和場(chǎng)致發(fā)射負(fù)離子的形成24強(qiáng)電場(chǎng)下氣體載流子產(chǎn)生1.碰撞電離當(dāng)電場(chǎng)足夠強(qiáng)使電子和離子的動(dòng)能積累到一定數(shù)值后，在和氣體分子發(fā)生碰撞時(shí)，可以使氣體分子電離（或激勵(lì)），這就是碰撞電離。碰撞電離是氣體放電中載流子產(chǎn)生的極重要因素。氣體介質(zhì)的擊穿25為什么碰撞電離主要由電子和氣體分子的碰撞而引起的？⑵電子的質(zhì)量小，在和分子發(fā)生彈性碰撞的時(shí)候幾乎不損失動(dòng)能，可以繼續(xù)積累動(dòng)能，離子則不然。解答：⑴電