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第8讲液体、固体电介质特性三
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机理:建立在碰撞电离基础上,少量传导电子,在电场加速下与晶格结点上的原子碰撞,最终导致击穿
二、击穿理论——(一)电击穿理论
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碰撞电离引起击穿的两种理论
固有击穿理论——单位时间内传导电子从电场获得的能量与因碰撞而失去的能量不平衡,能量堆积(超过电离能)而引起击穿
A(E,α,T0)=B(α,T0)
A(E,α,T0):电场作用下单位时间内电子获得的能量
B(α,T0):电场作用下单位时间内电子碰撞损失的能量
E:电场,α:标志电子的状态因子,T0:晶格温度
电子崩击穿理论——传导电子由电场得到了可使晶格原子电离的能量,产生了电子崩,当电子崩发展到足够强时(d足够大),引起固体介质击穿
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时间影响:电压作用时间短,击穿电压高
介质特性:如果介质内含气孔或其它缺陷,对电场造成畸变,导致介质击穿电压降低
电场均匀度:电场的均匀程度影响极大
累积效应:在极不均匀电场及冲击电压作用下,介质有明显的不完全击穿现象,导致绝缘性能逐渐下降,称为累积效应。介质击穿电压会随冲击电压施加次数的增多而下降
无关因素:击穿电压和介质温度、散热条件、介质厚度、频率等因素都无关
电击穿的特点
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击穿理论——(二)热击穿理论
机理:介质内部发热和散热的不平衡导致。介质温度升高,引起介质分解、炭化,最终导致击穿。
特点:与电压作用时间有关;与发热和散热条件有关;当电压频率增大时,击穿电压将下降。
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热击穿
A范围:击穿电压和介质温度无关,属于电击穿性质
B范围:温度超过某临界值后,击穿电压随介质温度的升高而下降,表明击穿已涉及到明显的热过程
交变电压下电瓷的击穿电压与温度的关系
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热击穿的理论分析
电压:U1>U2>U3
曲线1,2,3:电介质发热量Q与介质中最高温度tm的关系
直线4:表示固体介质中最高温度大于周围环境温度t0 时,散出的热量Q与介质中最高温度tm的关系
不同外施电压下介质发热散热与介质温度的关系
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曲线1:
发热永远大于散热,介质温度将不断升高,在电压U1下最终必定发生热击穿
不同外施电压下介质发热散热与介质温度的关系
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曲线3:
tta时:曲线在直线4之下,不发生热击穿,介质温度逐渐升高并稳定在ta,称ta为稳定热平衡点
t>tb时:情况类似曲线1,最终发生热击穿
t=tb时:发热等于散热,但因扰动使t大于tb,则介质温度上升,回不到tb,直至热击穿。称tb为不稳定热平衡点
ta<t<tb:不会发生热击穿,介质温度将稳定在ta
不同外施电压下介质发热散热与介质温度的关系
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曲线2:
与直线4相切,U2为临界热击穿电压;tk为临界热击穿温度
不同外施电压下介质发热散热与介质温度的关系
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