固体电介质击穿机理与热击穿分析

"高电压技术第四章 固体、液体和组合绝缘的电气强度介质的击穿.ppt" 本文主要探讨了高电压技术中固体、液体和组合绝缘的电气强度介质的击穿现象，重点关注了固体电介质的击穿机理。固体电介质因其密度最大，故其耐电强度相对最高，但同时也是最复杂的击穿类型，一旦击穿，绝缘无法恢复。 首先，我们了解固体电介质击穿特性的划分。分为电击穿和热击穿两个阶段。电击穿主要发生在区域A和B，这个过程基于固体电介质内的碰撞电离。少量的传导电子在强电场作用下与晶格结构发生碰撞，导致电离，进而引发击穿。而热击穿则主要体现在区域C，这是由于介质损耗导致的发热升温过程。 电击穿理论强调，固体电介质中的电子在电场加速下与原子碰撞，当积累到一定数量时，会导致介质内部的导电通道形成，从而引发击穿。这一过程通常在短时间内发生，电压作用时间较短。 相反，热击穿是一个渐进的过程，主要由电介质的损耗发热和散热不平衡引起。在交变电压作用下，电介质的温度随着电压的增大而升高。图示显示了电瓷的击穿电压与温度的关系，揭示了温度对击穿电压的影响。当介质温度达到一定程度，如曲线1所示，发热始终大于散热，导致介质温度持续上升，最终引发热击穿。 热击穿的理论分析中，关键在于发热与散热的动态平衡。图中的不同曲线代表了不同电压下介质的发热与散热关系。例如，当外施电压为U1时（曲线1），介质将持续升温直至热击穿；而当电压为U3时（曲线3），若介质温度未超过环境温度（ta），则可能达到热平衡，不会发生热击穿。 总结来说，固体电介质的击穿机理主要包括电击穿和热击穿，两者均受到电场强度、介质特性以及外部条件如温度的影响。电击穿是瞬间的电子碰撞过程，而热击穿则是由于长时间的累积热效应导致的。理解这些机理对于设计和维护高压绝缘系统至关重要，能有效防止因击穿引起的设备故障或安全事故。