課程電介質(zhì)物理第五章

（一）熱振動(dòng)能量是量子化的，那么當(dāng)液體分子的固有振動(dòng)頻率為ν時(shí)（固有振動(dòng)頻率可以用紅外吸收光譜法測(cè)出來，在于電子的一次碰撞中，液體分子平均吸收的能量?jī)H為一個(gè)振動(dòng)能量子（h是可常數(shù)。當(dāng)電子在相鄰兩次碰撞間從電場(chǎng)中得到的能量大于hν時(shí)，電子就能在運(yùn)動(dòng)eE式中C——1

E 設(shè)液體分子濃度為N，分子由各種CH所組成，以Sj代表第j個(gè)的碰撞截面，則一個(gè)分子平均總碰撞截面為S＝Sj用圖所示的簡(jiǎn)單模型來計(jì) 的碰撞截面設(shè)一個(gè)分子jmh0a，則一個(gè)分子的總碰撞截SSj2am1h0jNM M M、ρ、N0分別表示液體的分子量、密度、 阿佛 所以得 S N0S0mEChi

m1M

NAm1 式中i——AChiN0e由上圖可知直鏈型碳氧化合物液體的擊穿場(chǎng)強(qiáng)與（m－1）ρ/M成正比，與下圖所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)

0.2

(mMEb與m（二）

Mα為液體介質(zhì)上一個(gè)電子沿電場(chǎng)方向行徑單位距離平均發(fā)生α1/λ乘以電離幾率eU0/U，即1eU0/U1eCh/ 式中U0——U——dA式

d

dA=

Ch/E elndAEb1/lnd，即液體介質(zhì)層的厚度減薄時(shí)，擊穿場(chǎng)強(qiáng)應(yīng)增大。這E1D1E1D1UE2 E2 1并且氣體中可以近似認(rèn)為1E1108V/m關(guān)于氣泡擊穿理論目前由（一）Epo0如果E 108V/m，由于緊急表面不可能完全平整，會(huì)有微尖，電場(chǎng)在此集中0

jAE2eBE

pjE1051081013pu可近似地用下列半經(jīng)驗(yàn)u式 n——代表空間電荷影響的常數(shù)，其值約為3/2～2之間.T0mTm并氣化所需的熱量為H式中c——液體比熱；uH

nn 0Eb

T

lb由于A、、n不能精確地確定，只 看一般規(guī)律為：隨著T0Ebb20℃，E5108bb70℃，E1108bbE1.3108b熱化氣的速度隨T

22HH2C +C

n

m

C nC－H鍵（C－C鍵）斷裂所致。10－2～10－4cm。在外電場(chǎng)作用下，由于水的價(jià)電常數(shù)很液體介質(zhì)中液體介質(zhì)中R表示

rr為c，則水橋形成的條件是相鄰兩橢圓水球 R2cRE0

圖 m，則單位體積液體式中4r3

3——

n3

113R 3（5－49 3 3 r

33FFF

rEbrqqc,rrr r2式中σ——r——r1r——r21

r2812.336

E4.5106bb864200.20.40.60.8重量濃度

0-4

12

理論 與實(shí)際更圖5－20變壓器油Eb與含水重量濃度m的關(guān)系 5－21變壓器油工頻擊穿電壓與溫度的關(guān)1－計(jì)算結(jié)果2－實(shí)驗(yàn)結(jié) 1－干燥的油2－潮濕的

v見圖r－3/2成正比的結(jié)果。（空間電荷的作用5－23。熱擊穿是由于電介質(zhì)內(nèi)部熱的不穩(wěn)定過程所成的。當(dāng)固體電介質(zhì)加上電場(chǎng)時(shí)，電介質(zhì)中發(fā)生的在很大程度上與絕緣結(jié)構(gòu)（（二）

圖5－23

（三）復(fù)雜。下面先介紹最簡(jiǎn)單的熱擊穿理論，然后討論均勻固體介質(zhì)熱擊穿電壓的確定。(一)熱擊穿理ababa、b之間，該介質(zhì)有一處或幾次的電阻比其周

圖 熱擊穿模U 2Q10.24

0.24Ud

式中β——

Q2tt0d

γ與溫度的關(guān)系，由式（4－57）tett0t0

t式中——t0t0α——由上可知，γQ1U5－25Q2與溫度差（t－t0）45－25

14bc3a 14bc3a

圖 發(fā)熱與散熱曲界電壓，tc為熱擊穿的臨界溫度。5－25tQ1tcQ2tcdQ1 dQ2

dt dt t t （5－54（5－550.24U2S

etct0

tcd 0.24U2S

etct0c et0ρ0 0

2

對(duì)于玻璃、石英等較均勻的介質(zhì)，理論顯然就不適用了（二）d5－26所示，則只有右側(cè)電極向如介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)為K，則單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)

UU2

UU2

Q＝K

其中負(fù)號(hào)表示熱量向溫度降低方向流動(dòng)。單位時(shí)間 x＋dx

圖5－26 ＝

dTdTdx

dx 散熱、發(fā)熱和，才能達(dá)到總的熱平衡關(guān)系。單位面積、厚度為dx的體積中，發(fā)熱量為cdTdxKddTdx＝E v 或

dxdxcdT

ddT＝

v

dxdx 一般情況下＝txE＝Etxγ＝（,K＝（因此方的求解是的。但考慮到介質(zhì)材料通常是在長(zhǎng)時(shí)間作用的交、直流電壓或短時(shí)間的脈沖電壓下工作的，所以可以近似化為兩種情況來討論方程式（5－1的求解問題，即 脈沖熱擊 當(dāng)電場(chǎng)作用時(shí)間很短，以致導(dǎo)熱過程可以忽略不計(jì)時(shí)，熱平衡方程式cdT＝Ev

γ＝γ（E，TtEEct

式中Ec——熱擊穿場(chǎng)強(qiáng)；

cdEEc e-kTe-

式中0，——k——玻耳常數(shù)（5－64 tE2 e

TceTdTEctc0E

0Ec在環(huán)境溫度不高時(shí)，β（＝/k）>>T0，Tc＞T03cT21 Ev

e

c 項(xiàng)cv（dT/dt）可以略去，于是有E2+

dKdTdx dx E＝－（dφ/dxjE＝-

-jd

dKdT

dx dx j

dKdT

dx dx x＝0處，dT/dx＝0，＝0jK

（5－73

dK

x＝0、＝0、T＝Tcx＝d/2、＝U0c/2、T＝T0U TU

0仍用式（5－65）γK（T）＝KU TcKeTUT0

18KT2

U0c

0U0cT0e1/T0 Ae

式中A——與材料有關(guān)的常數(shù)。lnU0clnA1

lnln011T 8KT2 0

e

8KT2 0

e

018KT2

0 0 0

e00g

f（5－77（1）熱擊穿電壓與溫度的關(guān)系對(duì)式（5－78）取對(duì)lg lgA 0001e0

+1+12+++

圖5-271－熱擊穿電壓2Tlglg0T0式

U0c

當(dāng)所加電壓為交變電壓時(shí)，式（5－79）ρ為固體介質(zhì)的有效電阻率。介質(zhì)在交變電壓下的有5－8