电介质击穿
电弧是怎样产生原理
电弧是怎样产生原理
电弧是由于电流在中断或阻断的情况下，通过两电极之间的空气形成的一种放电现象。
具体的产生原理如下：
1. 电介质击穿：当电压升高到一定程度时，电压将足以击穿空气中的电介质分子，使其电离。
这个过程会形成一个电导通道，使电流能够流经该通道。
2. 离子和电子的移动：电介质击穿后，空气中的分子将电离形成离子和电子。
电子由于负电荷的作用被吸引到阳极，而正离子则被吸引到阴极。
3. 空气的加热：电流通过离子和电子的碰撞，将能量传递给空气分子，使空气分子发生震动和旋转，导致空气的加热。
4. 电流弧光：由于空气被加热，电弧形成，并放出明亮的光。
电弧通常呈现出蓝白色或紫色。
总的来说，电弧产生的原理是通过电压升高击穿空气形成导电路径，离子和电子在电流作用下移动并产生加热效应，最终形成明亮的电弧。
两层电介质的击穿原理
两层电介质的击穿原理
两层电介质的击穿原理是指在两个电介质材料之间施加高电压时，当电压达到一定临界值时，电介质失去绝缘性能，电流迅速增加，形成击穿现象。
具体来说，两层电介质的击穿原理可以分为以下几个步骤：
1. 初始电离阶段：当施加电压时，两层电介质之间的电场强度逐渐增加，电场会将电介质中的原子或分子电离成正负电荷。
这些电离产生的自由电子和离子将形成电流，但电介质仍具有良好的绝缘性能。
2. 自由电子增多阶段：随着电场强度的继续增加，电介质中的电离现象逐渐增加，产生的自由电子的数量也随之增加。
自由电子能够在电场中自由移动，导致电介质的电导率增加。
3. 冲击离子产生阶段：当电场强度进一步增加，电离现象会继续增强，产生更多的离子。
这些离子可以与电介质中其他离子相互碰撞，产生冲击离子。
冲击离子的运动具有高的动能，可以撞击和激发电介质中的原子或分子，形成更多的自由电子和离子。
4. 雪崩阶段：当电场强度达到一定临界值时，电介质中的冲击离子和自由电子数量急剧增加，形成电离雪崩效应。
电离雪崩效应导致电流迅速增加，电介质失去了绝缘性能，形成击穿现象。
总结来说，两层电介质的击穿原理是在施加电压的作用下，电介质中的电离现象不断增加，导致电介质失去绝缘性能，电流迅速增加，形成击穿现象。
举出电介质中热击穿在生活中的例子
举出电介质中热击穿在生活中的例子电介质是一种在电场作用下具有绝缘性能的材料，在高电场下，电介质中可能发生热击穿现象，即电介质由于电场强度过大而导致局部区域温度升高，从而引发击穿现象。
以下是生活中常见的电介质热击穿的例子：1. 电线绝缘层击穿：在家庭用电中，电线绝缘层的材料通常为电介质，如塑料。
如果电线绝缘层老化或损坏，电场强度可能会超过电介质的击穿强度，导致绝缘层发生热击穿，甚至引发火灾。
2. 电器内部击穿：在电器中，如电视、冰箱等，电路板上也会存在电介质。
如果电路板设计不合理或电介质质量不好，电场可能会集中在某个位置，导致该位置的电介质发生热击穿，可能会损坏电器或引发安全隐患。
3. 电容器击穿：电容器是一种常见的电子元件，它由两个导体之间夹带电介质而成。
如果电容器电场强度过大，电介质可能发生热击穿，导致电容器损坏或产生火花。
4. 绝缘子击穿：在高压输电线路中，绝缘子起到支持导线和隔离电力的作用。
如果绝缘子的表面被污秽物覆盖或损坏，电场可能会集中在某些位置，导致电介质发生热击穿，引发绝缘子损坏或导线短路。
5. 电池热击穿：电池是一种常见的电源装置，内部也包含电介质。
如果电池内部发生故障或短路，电池可能会发生热击穿，导致电池变形、泄漏，甚至爆炸。
6. 电子元件击穿：在电子设备中，电子元件如二极管、晶体管等也会存在电介质。
如果电子元件内部电场强度过大，电介质可能会发生热击穿，导致元件损坏或失效。
7. 电力设备击穿：在电力系统中，如变压器、开关设备等也使用了电介质。
如果设备设计不合理或电介质质量不好，电场可能会在设备内部集中，导致电介质发生热击穿，引发设备故障或火灾。
8. 电线穿孔：在家庭装修中，如果电线直接穿过墙体或隔板，由于电场强度集中在穿孔位置，电介质可能会发生热击穿，引发短路或火灾。
9. 电力线路击穿：在高压输电线路中，如果电线间距过小或绝缘层破损，电场强度可能会超过电介质的击穿强度，导致电线之间发生热击穿，引发线路故障。
工程固体电介质绝缘击穿研究现状及发展趋势
工程固体电介质绝缘击穿研究现状及发展趋势随着电力工业的不断发展，电力设备的绝缘技术也逐渐成为电力行业的重要研究领域之一。
在电力设备中，电介质作为一种重要的绝缘材料，广泛应用于变压器、电缆、电机、开关等领域。
然而，由于电介质本身的特性以及工作环境的复杂性，电介质绝缘击穿问题一直是电力设备运行中难以避免的问题。
因此，如何有效预防和解决电介质绝缘击穿问题已成为电力工程研究的重点之一。
一、电介质绝缘击穿的原因电介质绝缘击穿是指电场强度超过电介质的破坏强度，从而导致电介质失去绝缘性能，电流突然增大的现象。
电介质绝缘击穿的原因主要有以下几个方面：1. 电场强度过高电场强度过高是电介质绝缘击穿的主要原因之一。
当电场强度超过电介质的破坏强度时，电介质中的电子会被强电场加速，从而发生电离和击穿现象。
2. 电介质质量不好电介质的质量是影响电介质绝缘性能的重要因素。
如果电介质的质量不好，容易出现电介质内部存在气泡、颗粒、夹杂物等缺陷，从而导致电介质绝缘性能下降。
3. 温度过高温度过高会导致电介质的化学结构发生变化，从而降低电介质的绝缘性能。
此外，温度过高还会导致电介质的体积膨胀，从而加剧电介质内部的缺陷和破坏。
4. 湿度过高湿度过高会导致电介质内部存在导电介质，从而导致电介质绝缘性能下降。
此外，湿度过高还会导致电介质表面产生水滴，从而加剧电介质表面的电场强度，从而导致电介质绝缘击穿。
二、电介质绝缘击穿的研究现状目前，电介质绝缘击穿的研究主要集中在以下几个方面：1. 电介质绝缘击穿机理的研究电介质绝缘击穿机理是电介质绝缘技术研究的重要基础。
目前，国内外学者对电介质绝缘击穿机理的研究已取得了一定的进展，主要包括电介质绝缘击穿的电学机理、化学机理、物理机理等方面。
2. 电介质绝缘击穿预测模型的研究电介质绝缘击穿预测模型是电力设备绝缘设计和评估的重要工具。
目前，国内外学者已经建立了多种电介质绝缘击穿预测模型，如统计模型、神经网络模型、遗传算法模型等。
举出电介质中热击穿在生活中的例子
举出电介质中热击穿在生活中的例子电介质是指在电场作用下能够发生极化的物质，常见的电介质有空气、玻璃、橡胶等。
在生活中，电介质的热击穿现象是指电介质在电场作用下，由于电场强度过高导致电介质发生局部击穿，导致电流突然增大，产生大量热量，引发火灾或设备损坏等危险。
下面是几个电介质中热击穿在生活中的例子：1. 家用电器中的电击穿：在家用电器中，电介质的热击穿现象可能导致电器短路、电线熔断甚至引发火灾。
例如，在使用电熨斗时，如果电熨斗的电线绝缘层损坏，电流就会通过绝缘层发生热击穿，造成火灾。
2. 电力变压器中的热击穿：电力变压器中使用的绝缘材料通常是油纸绝缘，如果绝缘材料老化或受潮，电场强度就会增大，导致绝缘材料发生热击穿，造成变压器故障，甚至引发火灾。
3. 高压输电线路中的电击穿：在高压输电线路中，空气作为电介质，当电场强度高到一定程度时，空气中的分子会发生电离，产生电流，导致电介质的热击穿。
这种热击穿现象可能导致输电线路短路，造成停电或引发火灾。
4. 电容器中的电击穿：电容器中的电场强度过高时，电介质容易发生热击穿。
例如，电子设备中使用的电解电容器，如果电压过高或电容器质量不合格，可能发生电击穿，导致设备损坏或爆炸。
5. 火花塞中的电击穿：火花塞是内燃机中的重要部件，用于点火。
在工作过程中，火花塞中的电场强度会很高，如果电介质发生热击穿，可能导致点火不正常，引发发动机故障。
6. 绝缘子中的电击穿：在高压设备中，绝缘子用于支撑导线，防止电流通过。
当电场强度过高时，绝缘子中的电介质可能发生热击穿，导致设备故障或火灾。
7. 电子元器件中的电击穿：在电子设备中，电介质的热击穿可能导致电子元器件的损坏，影响设备的正常运行。
例如，电子电路中使用的电容器、继电器等元件，如果电介质发生热击穿，可能导致元件烧毁。
8. 充电宝中的电击穿：充电宝是现代生活中常见的便携式充电设备，其中使用的电池通常是锂电池。
如果充电宝的电路设计不合理或电池质量不过关，可能导致电介质的热击穿，引发充电宝爆炸或起火。
气体固体液体电介质击穿过程的异同
气体固体液体电介质击穿过程的异同在我们生活中，气体、固体、液体和电介质都扮演着重要的角色，但当它们遇到电压时，情况就变得有趣了。
想象一下，就像我们在热锅上煮水，水分子一开始懒洋洋地呆着，突然加热之后，它们开始活跃，整个气氛瞬间就变得热烈起来。
这就像气体在电场下，随着电压的增加，气体分子们逐渐被激发，最终达到一种击穿的状态。
哇，这可是个激动人心的时刻，气体里的离子开始奔跑，像是聚会的年轻人，一下子就打破了原有的沉寂，形成了电流。
这种现象我们称为“气体击穿”，听起来是不是挺酷的？再说说固体，固体的击穿就像是在一个坚固的城堡里，原本安静的守卫突然发现外面来了敌人，固体中的电子并不容易被激发。
它们得先突破重重防线，经过一番苦战，才有可能进入击穿状态。
这时候，城堡里就会出现一条裂缝，电流也就趁机而入。
固体的击穿往往需要更高的电压，这就像打破坚冰，非得动用点“重武器”才能奏效。
而液体的情况又是另一番景象。
液体分子就像在水中游泳的鱼儿，一开始在电场的影响下，它们也会变得活跃。
但液体的击穿更像是一场聚会，朋友们在水里玩得正欢，电场的出现就像是一个闪亮的烟花，把大家的注意力吸引过去。
随着电压的增加，液体分子开始剧烈运动，最终形成了导电路径。
这种情况常常会让人联想到水电的奇妙联系，真是让人感叹大自然的神奇。
再来看看电介质，这可是一位非常特别的角色。
电介质就像是聚会中总是保持冷静的人，虽然它的结构相对复杂，但在电场作用下，它却能产生极大的极化效应。
当电场施加到它身上时，电介质内部的电偶极子开始排列，形成了一个隐秘的保护层。
可是，当电压足够高时，这层保护就会被打破，电流便会蜂拥而入，形成击穿现象。
这就像是终于忍不住加入舞池的朋友，一下子就把气氛推向了高兴。
说到这里，我们不得不提到这些击穿过程的异同。
气体、固体、液体和电介质都可以在电场的影响下发生击穿，但每种物质的“耐压能力”可不一样。
气体需要较低的电压，固体的耐压最高，液体则介于两者之间，而电介质则有自己独特的表现方式。
液体电介质的击穿特性
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3. 电压作用时间
Ubp（kV）（峰值） 冲击系数Kl最小值
700
Φ
600
50
20
50
0
10-6 10 -5 10-4 10-3 10-2 10-1 1 10 1
t（s）
10 9 8
7 6
5 4 3 2 1
10 2
稍不均匀电场中变压器油的伏秒特性曲线
(虚线表示未经研究过的区域)
(虚线表示未经研究的区域)
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4. 电场均匀程度
油的纯净程度较高时，改善电场的均匀程度能 使工频或直流电压下的击穿电压明显提高
液体电介质击穿电压的分散性和电场的均匀程 度有关 工频击穿电压的分散性在极不均匀电场中不 超过5％，而在均匀电场中可达3040％
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5.压强
Ub(有效值)/kV
d
主要内容
液体电介质的击穿理论 影响液体电介质击穿电压的因素 提高液体电介质击穿电压的方法
（一）液体电介质的击穿理论
液体电介质 ：纯净的液体电介质 工程用液体电介质
击穿机理不同：电击穿理论、气泡击穿理论 小桥击穿理论
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1. 纯净液体电介质的电击穿理论
液体中因强场发射等原因产生的电子，在电场 中被加速，与液体分子发生碰撞电离
在极不均匀电场中变压器油的击穿过程，先在 尖电极附近开始电离，电离开始阶段以后是流 注发展阶段，流注分级地向另一电极发展，放 电通道出现分枝，最后流注通道贯通整个间隙
与长空气间隙的放电过程很相似
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2. 纯净液体电介质的气泡击穿理论
当外加电场较高时，液体介质内由于各种原因 产生气泡 1）电子电流加热液体，分解出气体； 2）电子碰撞液体分子，使之解离产出气体； 3）静电斥力，电极表面吸附的气泡表面积累电 荷，当静电斥力大于液体表面张力时，气泡体 积变大； 4）电极凸起处的电晕引起液体气化。
电介质的击穿
✓ 绝缘层：当覆盖层厚度增大，本身承担一定电压时，称为绝缘层。 ✓ 屏障：在油间隙中放置的尺寸较大的(与电极形状相适应)、厚度在
1~3mm的层压纸板或层压布板。
B.对固体电介质
✓ 改进制造工艺：如尽可能地清除固体介质中残留的杂质、气泡、 水分等，使介质尽可能均匀致密。这可以通过精选材料、改善工 艺、真空干燥、加强浸渍(油、胶、漆)等方法来达到。
调节电抗器的电感L或改变试 验电压的频率，达到谐振：
串联谐振回路原理图
L 1 CX
U X QU0
Q为谐振回路的品质因素，一般为20~80。
C.电压的波形
工频电压的波形：正弦波。
波形畸变影响介电强度试验结果：
✓ 高次谐波会降低击穿场强； ✓ 击穿决定于电压的峰值，而测量的电压是有效值，若波形畸变，则
✓ 发生表面闪络； ✓ 边缘电场集中导致试样击穿发生在电极的边缘。
消除措施：
✓ 将电极边缘做成圆角； ✓ 将试样和电极浸入相对介电常数（或电导率）大、击穿场
强较高的液体媒质中。
常用液体媒质有变压器油，温度较高时采用硅油。 不能选用相对介电常数或电导率太大的媒质，以免 造成测量误差和设备损坏。
如引起媒质本身发热严重、保护电阻上电压降增大、以及试验变压器过载等问题。
聚异丁烯的EB与温度关系
B.湿度的影响
湿度增大，会使击穿场强下降。 （对液体电介质尤为明显，因为水分 的电导和介质损耗较大，会改变电场 分布。）
变压器油的击穿电压与含有 水分的关系
C.气压的影响
巴申定律：
U B f ( pS ) （p为气压，S为电极间距离）
S固定，改变p时：
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复合电介质的击穿 局部放电
电介质击穿理论的应用
电介质击穿理论的应用
➢ 赝火花开关
电介质击穿理论的应用
➢ 火花开关
火花开关击穿的机理是流注理论 场畸变开关、轨道开关、三电极开关
电介质击穿理论的应用
➢ 三电极开关
l1
G1
l2
E Z
G0
dz
电介质击穿理论的应用
➢ 电晕稳定开关
液体电介质的击穿
➢ 高度纯净去气液体电介质的击穿
两种判定条件：
以碰撞电离开始作为击穿条件 以电子崩发展至一定大小作为击穿条件
液体电介质的击穿
➢ 含气纯净液体电介质的气泡击穿
两种观点：
热化气击穿 电离化气击穿
液体电介质的击穿
➢ 工程纯液体电介质的杂质击穿
水分对液体介质击穿的影响 固体杂质对液体介质击穿的影响
固体电介质的击穿
➢ 热击穿
瓦格纳热击穿理论
固体电介质的击穿
➢ 电击穿
两种判定条件：
以碰撞电离开始为判据，本征电击穿理论 以电离开始，电子数倍增到一定数值， 足以破坏介质绝缘状态为判据，“雪崩”击
穿
固体电介质的击穿
➢ 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。
固体电介质的击穿
➢ 汤逊气体介质的击穿理论
➢ 流注气体击穿理论
流注形成的过程
气体介质的击穿理论
➢ 流注形成的两种形式
阳极流注：外加电压等于间隙击穿电压 阴极流注：外加电压远大于间隙击穿电压
气体介质的击穿理论
气体介质的击穿理论
➢ 长间隙放电过程
电晕放电 流注放电 先导放电 流柱放电 先导放电……
电介质的击穿
概述
➢ 电介质的击穿理论 ➢ 电介质击穿理论的研究进展 ➢ 电介质击穿的应用
电介质的击穿理论
电介质的击穿理论
➢ 气体电介质的击穿理论 ➢ 液体电介质的击穿理论 ➢ 固体电介质的击穿理论
气体介质的击穿理论
➢ 气体中初始电子的产生
碰撞电离 激发过程 光电离 电子脱附
气体介质的击穿理论
电晕放电对高脉冲重复频率开关的好处就是 它能阻止间隙的击穿, 直到外加电压达到需 要的数值为止 电晕稳定开关目前处于研究阶段
电介质击穿理论的应用
➢ 空气净化
电介质击穿理论的应用
脉冲碎石
谢谢