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介質(zhì)的介電特性電壓擊穿性能

點擊次數(shù):1845  更新時間:2014-07-04
  摘要:介質(zhì)的介電特性,如絕緣、介電能力,都是指在一定的電場強(qiáng)度范圍內(nèi)的材料的絕緣特性,介質(zhì)只能在一定的電場強(qiáng)度以內(nèi)保持這些性質(zhì)。當(dāng)電場強(qiáng)度超過某一臨界值時,介質(zhì)由介電狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)。這種現(xiàn)象稱介電強(qiáng)度的破壞,或叫介質(zhì)的擊穿,與此相對應(yīng)的“臨界電場強(qiáng)度”稱為介電強(qiáng)度,或稱為擊穿電場強(qiáng)度。
  
  但嚴(yán)格地劃分擊穿類型是很困難的,但為了便于敘述和理解,通常將擊穿類型分為三種:熱擊穿、電擊穿、局部放電擊穿。而電擊穿和局部放電擊穿又統(tǒng)屬于電擊穿,所以我們常說介質(zhì)擊穿有兩大類,一是熱擊穿,二是電擊穿。以上三種類型各有以下的特征
  
  1.熱擊穿:熱擊穿的本質(zhì)是處于電場中的介質(zhì),由于其中的介質(zhì)損耗而產(chǎn)生熱量,就是電勢能轉(zhuǎn)換為熱量,當(dāng)外加電壓足夠高時,就可能從散熱與發(fā)熱的熱平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)入不平衡狀態(tài),若發(fā)出的熱量比散去的多,介質(zhì)溫度將愈來愈高,直至出現(xiàn)*性損壞,這就是熱擊穿。
  
  2.電擊穿:固體介質(zhì)電擊穿理論是在氣體放電的碰撞電離理論基礎(chǔ)上建立的。大約在本世紀(jì)30年代,以A.VonHippel和Frohlich為代表,在固體物理基礎(chǔ)上,以量子力學(xué)為工具,逐步建立了固體介質(zhì)電擊穿的碰撞理論,這一理論可簡述如下:
  
  在強(qiáng)電場下,固體介質(zhì)中可能因冷發(fā)射或熱發(fā)射存在一些原始自由電子。這些電子一方面在外電場作用下被加速,獲得動能;另一方面與晶格振動相互作用,把電場能量傳遞給晶格。當(dāng)這兩個過程在一定溫度和場強(qiáng)下平衡時,固體介質(zhì)有穩(wěn)定的電導(dǎo);當(dāng)電子從電場中得到的能量大于傳遞給晶格振動的能量時,電子的動能就越來越大,至電子能量大到一定值時,電子與晶格振動相互作用導(dǎo)致電離產(chǎn)生新電子,使自由電子數(shù)迅速增加,電導(dǎo)進(jìn)入不穩(wěn)定階段,擊穿發(fā)生。
  
  3.此外還有化學(xué)擊穿。電介質(zhì)中強(qiáng)電場產(chǎn)生的電流在例如高溫等某些條件下可以引起電化學(xué)反應(yīng)。例如離子導(dǎo)電的固體電介質(zhì)中出現(xiàn)的電解、還原等。結(jié)果電介質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化,或者是分離出來的物質(zhì)在兩電極間構(gòu)成導(dǎo)電的通路。或者是介質(zhì)表面和內(nèi)部的氣泡中放電形成有害物質(zhì)如臭氧、一氧化碳等,使氣泡壁腐蝕造成局部電導(dǎo)增加而出現(xiàn)局部擊穿,并逐漸擴(kuò)展成*擊穿。溫度越高,電壓作用時間越長,化學(xué)形成的擊穿也越容易發(fā)生。
  
  但不管怎樣,我認(rèn)為所有的介質(zhì)擊穿均是因極化效應(yīng)引起的。
  
  凡在外電場作用下產(chǎn)生宏觀上不等于零的電偶極矩,因而形成宏觀束縛電荷的現(xiàn)象稱為電極化,能產(chǎn)生電極化現(xiàn)象的物質(zhì)統(tǒng)稱為電介質(zhì)。電介質(zhì)的電阻率一般都很高,被稱為絕緣體。有些電介質(zhì)的電阻率并不很高,不能稱為絕緣體,但由于能發(fā)生極化過程,也歸入電介質(zhì)。通常情形下電介質(zhì)中的正、負(fù)電荷互相抵消,宏觀上不表現(xiàn)出電性,但在外電場作用下可產(chǎn)生如下3種類型的變化:
  
  1原子核外的電子云分布產(chǎn)生畸變,從而產(chǎn)生不等于零的電偶極矩,稱為畸變極化;
  
  2原來正、負(fù)電中心重合的分子,在外電場作用下正、負(fù)電中心彼此分離,稱為位移極化;
  
  3具有固有電偶極矩的分子原來的取向是混亂的,宏觀上電偶極矩總和等于零,在外電場作用下,各個電偶極子趨向于一致的排列,從而宏觀電偶極矩不等于零,稱為轉(zhuǎn)向極化。
  
  研究電介質(zhì)宏觀介電性質(zhì)及其微觀機(jī)制以及電介質(zhì)的各種特殊效應(yīng)的物理學(xué)分支學(xué)科。基本內(nèi)容包括極化機(jī)構(gòu)、標(biāo)志介電性質(zhì)的電容率與介質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)以及與溫度和外場頻率間的關(guān)系、電介質(zhì)的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性、介質(zhì)損耗、介質(zhì)擊穿機(jī)制等。此外,還有許多電介質(zhì)具有的各種特殊效應(yīng)。
  
  普遍規(guī)律:介質(zhì)的擊穿總是從電氣性能zui薄弱的缺陷處發(fā)展起來的,這里的缺陷可指電場的集中,也可指介質(zhì)的不均勻性。
聯(lián)系人:陳丹
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