主要内容 固体电介质的击穿过程 有机绝缘材料的电树老化 影响固体电介质击穿电压的主要因素 电介质击穿过程的空间电荷效应 电介质的其它性能
主要内容 固体电介质的击穿过程 固体电介质的击穿过程 有机绝缘材料的电树老化 有机绝缘材料的电树老化 影响固体电介质击穿电压的主要因素 影响固体电介质击穿电压的主要因素 电介质击穿过程的空间电荷效应 电介质击穿过程的空间电荷效应 电介质的其它性能 电介质的其它性能
概述 气、固、液三种电介质中，固体密度最大，耐电强度 最高 空气的耐电强度一般在3~4kV/mm左右 液体的耐电强度在10~20kV/mm 固体的耐电强度在十几至几百kVmm ■固体电介质的击穿过程最复杂，且击穿后是唯一不可 恢复的绝缘 ■ 普遍规律：介质的击穿总是从电气性能最薄弱的缺陷 处发展起来的，这里的缺陷可指电场的集中，也可指 介质的不均匀性
气、固、液三种电介质中，固体密度最大，耐电强度 气、固、液三种电介质中，固体密度最大，耐电强度 最高 空气的耐电强度一般在 空气的耐电强度一般在3 ~ 4 kV/mm 3 ~ 4 kV/mm左右 液体的耐电强度在 液体的耐电强度在10 ~ 20 kV/mm 10 ~ 20 kV/mm 固体的耐电强度在十几至 固体的耐电强度在十几至 几百kV/mm 固体电介质的击穿过程最复杂，且击穿后是唯一不可 固体电介质的击穿过程最复杂，且击穿后是唯一不可 恢复的绝缘 普遍规律：介质的击穿总是从电气性能最薄弱的缺陷 普遍规律：介质的击穿总是从电气性能最薄弱的缺陷 处发展起来的，这里的缺陷可指电场的集中，也可指 处发展起来的，这里的缺陷可指电场的集中，也可指 介质的不均匀性 介质的不均匀性 概述
固体电介质的击穿过程 固体电介质击穿特性的划分 >电击穿 >热击穿 电化学击穿 (电老化)
¾ 固体电介质击穿特性的划分 固体电介质击穿特性的划分 ¾ 电击穿 ¾ 热击穿 ¾ 电化学击穿 （电老化） 一、固体电介质的击穿过程 一、固体电介质的击穿过程
固体电介质的击穿过程 > 固体电介质击穿特性的 500 划分 450 区域A：击穿时间小于 10s的区域，击穿电压 350 随击穿时间的缩短而提 区域 区域郊 区域C Φ50 高。类似于气体介质击 200 穿的伏秒特性 150 Φ100 100 区域B:击穿时间在 us min 278h 50 100.2s范围的区域， 0 击穿电压恒定 1011 1011021031041051051071081091010101110 时间(us》 击穿都具有电击穿的性 电工纸板的击穿电压 质 与电压作用时间的关系
一、固体电介质的击穿过程 一、固体电介质的击穿过程 ¾ 固体电介质击穿特性的 固体电介质击穿特性的 划分 区域 A：击穿时间小于 ：击穿时间小于 10 µs 的区域，击穿电压 的区域，击穿电压 随击穿时间的缩短而提 随击穿时间的缩短而提 高。类似于气体介质击 高。类似于气体介质击 穿的伏秒特性 区 域 B ：击穿时间在 10 ∼0.2 µs范围的区域， 击穿电压恒定 击穿都具有电击穿的性 击穿都具有电击穿的性 质 区域A 区域B 区域C μ s s min 278h Φ50 15.3 Φ100 10-1 1 10 1 10 2 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 时间（ μs） 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 击穿电压为一分钟耐压的百分比数（％） 电工纸板的击穿电压 电工纸板的击穿电压 与电压作用时间的关系 与电压作用时间的关系
区域C:击穿电压随击穿前时间的增加而明显下降，具有热击 穿的特点 区域D:C区以外，击穿时间在几十个小时以上，甚至几年， 介质的物理、化学性能发生不可逆的劣化 500 A、B区：电击穿 C区：热击穿 D区：电化学击穿 300 区域d 区域郊 区域C 电老化击穿 250 Φ50 200 150 100 us 278h 50 min 0 10-1 101 10210310310510610710810910010102 时间(us)
区域 C：击穿电压随击穿前时间的增加而明显下降， 击穿电压随击穿前时间的增加而明显下降，具有热击 穿的特点 区域 D ：C区以外，击穿时间在几十 区以外，击穿时间在几十个小时以上，甚至几年， 个小时以上，甚至几年， 介质的物理、化学性能发生不可逆的劣化 介质的物理、化学性能发生不可逆的劣化 A 、B 区：电击穿 C 区：热击穿 D 区：电化学击穿 电老化击穿 区域A 区域B 区域C μ s s min 278h Φ50 15.3 Φ100 10-1 1 10 1 10 2 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 时间（ μs） 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 击穿电压为一分钟耐压的百分比数（％）
电击穿 电击穿理论建立在固体电介质中发生碰撞电 离基础上，固体电介质中存在少量传导电 子，在电场加速下与晶格结点上的原子碰 撞，从而击穿 ■ 电击穿理论本身又分为两种解释碰撞电离的 理论 固有击穿理论 电子崩击穿理论
电击穿理论建立在固体电介质中发生 电击穿理论建立在固体电介质中发生碰撞电 离基础上，固体电介质中存在少量传导电 ，固体电介质中存在少量传导电 子，在电场加速下与晶格结点上的原子碰 子，在电场加速下与晶格结点上的原子碰 撞，从而击穿 电击穿理论本身又分为两种解释碰撞电离的 电击穿理论本身又分为两种解释碰撞电离的 理论 固有击穿理论 电子崩击穿理论 电子崩击穿理论 ¾ 电击穿
A(E,a,To)=B(a,To) A(E,a,Tn): 电场作用下单位时间内电子获得的能量 B(α，T):电场作用下单位时间内电子碰撞损失的能量 E:电场，a:标志电子的状态因子，T:晶格温度 固有击穿理论：在某一场强值内，上述关系式成立， 获得和失去的能量平衡，超过则不成立，引起破坏， 称之为固有击穿理论 电子崩击穿理论：当上述平衡破坏后，电子整体上得 到加速，与晶格产生碰撞电离，反复碰撞形成电子 崩，电场作用下给电子注入能量激增，导致介质结构 破坏，称之为电子崩击穿理论
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 ：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 ：电场作用下单位时间内电子碰撞损失的能量 E：电场，a ：标志电子的状态因子， ：标志电子的状态因子，T0：晶格温度 固有击穿理论： 固有击穿理论：在某一场强值内，上述关系式成立， 在某一场强值内，上述关系式成立， 获得和失去的能量平衡，超过则不成立，引起破坏， 获得和失去的能量平衡，超过则不成立，引起破坏， 称之为固有击穿理论 称之为固有击穿理论 电子崩击穿理论： 电子崩击穿理论：当上述平衡破坏后，电子整体上得 当上述平衡破坏后，电子整体上得 到加速，与晶格产生碰撞电离，反复碰撞形成电子 到加速，与晶格产生碰撞电离，反复碰撞形成电子 崩，电场作用下给电子注入能量激增，导致介质结构 崩，电场作用下给电子注入能量激增，导致介质结构 破坏，称之为电子崩击穿理论 破坏，称之为电子崩击穿理论
电击穿的特点 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
时间影响：电压作用时间短，击穿电压高 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 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 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 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 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 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 。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
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 增加而下降，表明击穿已涉及到明显的热过程 50 ( 40 30 A (AD 20 0 0 20 40 60 80100120140160 0(℃) 交变电压下电瓷的击穿电压与温度的关系
A范围：击穿电压和介质温度无关，属于电击穿性质 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 范围：温度超过某临界值后，击穿电压随介质温度的 增加而下降，表明击穿已涉及到明显的热过程 增加而下降，表明击穿已涉及到明显的热过程 A B 50 40 30 20 10 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 θcr θ(℃) Ub（kV）（有效值） 交变电压下电瓷的击穿电压与温度的关系 ¾ 热击穿
热击穿的概念：由于介质损耗的存在，固体电介质在 电场中会逐渐发热升温，温度的升高又会导致固体 电介质电阻的下降，使电流进一步增大，损耗发热 也随之增大。在电介质不断发热升温的同时，也存 在一个通过电极及其它介质向外不断散热的过程。 如果同一时间内发热超过散热，则介质温度会不断 上升，以致引起电介质分解炭化，最终击穿，这一 过程称电介质的热击穿过程
热击穿的概念： 热击穿的概念：由于介质损耗的存在，固体电介质在 的存在，固体电介质在 电场中会逐渐发热升温，温度的升高又会导致固体 电场中会逐渐发热升温，温度的升高又会导致固体 电介质电阻的下降，使电流进一步增大，损耗发热 电介质电阻的下降，使电流进一步增大，损耗发热 也随之增大。在电介质不断发热升温的同时，也存 也随之增大。在电介质不断发热升温的同时，也存 在一个通过电极及其它介质向外不断散热的过程。 在一个通过电极及其它介质向外不断散热的过程。 如果同一时间内发热超过散热 如果同一时间内发热超过散热，则介质温度会不断 ，则介质温度会不断 上升，以致引起 上升，以致引起电介质分解炭化，最终击穿 电介质分解炭化，最终击穿，这一 过程称电介质的热击穿过程 过程称电介质的热击穿过程