空间电荷对低密度聚乙烯电气击穿特性的影响
周远翔,孙清华,王宁华,王云杉
(清华大学电机系电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室,北京100084)
摘 要:为解决聚乙烯用作电线电缆绝缘材料时所受空间电荷问题的困扰,采用在低密度聚乙烯(low density po 2
lyethylene ,LDPE )试品上施加直流预电压使其中积聚一定量的空间电荷,然后测量试品击穿强度的方法,研究了空间电荷对LDPE 击穿特性的影响。结果表明,与未经过预电压处理的LDPE 的击穿强度相比,在经过较低场强(50kV/mm )预电压处理后,预电压与击穿电压极性相同时击穿强度提高了约9%,极性相异时击穿强度降低约14%;而经过较高场强(150kV/mm )预电压处理后,预电压时LDPE 中出现空间电荷包现象,预电压后同极性击穿强度提高约19%,而异极性击穿强度反而上升约16%。分析认为空间电荷包在LDPE 中的运动导致了部分空间电荷的中和,使得空间电荷积聚量减少,同时LDPE 中可能的缺陷得到了一定程度的老炼而使介质得到了均匀化,从而使LDPE 的击穿强度得到了提高。
关键词:空间电荷;聚乙烯;击穿;预电压;极性效应;空间电荷包中图分类号:TM215文献标志码:A 文章编号:100326520(2008)0320447204
基金资助项目:教育部新世纪优秀人才支持计划项目(NCET 2
0420095);国家自然科学基金项目(NSFC50437030、NSFC50277023、NSFC50347010)。
Project Supported by Program for New Century Excellent Tal 2ent s in University (NCET 20420095),Natural Science Foundation of China for Financial Support of t he Research Project (NSFC
50437030,NSFC 50277023,NSFC 50347010)
E ffects of Space Charges on DC Breakdow n in Low Density Polyethylene
ZHOU Yuan 2xiang ,SUN Qing 2hua ,WAN G Ning 2hua ,WAN G Yun 2shan
(State Key Lab of Co nt rol and Simulation of Power Systems and Generation Equip ment s ,
Dept of Elect rical Engineering ,Tsinghua University ,Beijing 100084,China )
Abstract :Polyethylene is widely used in electrical wires and power cables as a polymeric insulating material.To deal with the prestressing effect in polyethylene ,effects of space charges on breakdown is studied.By applying a DC e 2lectrical field on low 2density polyethylene (LDPE )specimens ,space charges began to accumulate within the LDPE specimens.Then the DC breakdown strength of the specimens was measured within a short period of time after the electrical field was removed and the effects of space charges on DC breakdown in LDPE were analyzed.The experi 2mental results showed that ,compared with the DC breakdown strength of LDPE specimens without pre 2stressing ,the DC breakdown strength of LDPE specimens pre 2stressed by a low field of 50kV/mm ,increased by 9%when the polarity of breakdown field was the same as that of the pre 2stressing field ,and decreased by 14%when the polarity was opposite to that of the pre 2stressing field.Furthermore ,when LDPE specimens were pre 2stressed by a high field of 150kV/mm ,space charge packets came into being and traveled through the specimens ,and after the electri 2cal field was removed ,the breakdown strength of homo polarity increased by 19%.However ,the breakdown strength of hetero polarity did not decrease.Instead ,it increased by 16%compared with that of LDPE specimens without pre 2stressing.The results indicate that the movement of space charge packets in LDPE specimens bring the neutralization of part of the space charges and therefore decrease the accumulation of space charges in LDPE speci 2mens.Meanwhile ,the movement of space charge packets may contribute to the uniformity of the trap s in LDPE ,which is helpf ul to the increase of the breakdown strength.
K ey w ords :space charge ;polyethylene ;breakdown ;pre 2stressing ;polarity effect ;space charge packet
0 引 言
我国在电缆制造特别是聚乙烯绝缘材料方面需求很大要求很高,高压电力电缆已成为发电站建设和城市输电系统中不可或缺的重要组成部分,为了适应电力发展远距离、大容量的输电需求,固体绝缘电力电缆需要向高绝缘水平、小型化和高可靠性方向发展。但是因为对于电缆的基础研究薄弱而导致技术水平比较落后,使得我国电力工业发展受到制约,同时每年不得不花费大量外汇,购买国外技术垄
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断的高价产品。因此,对固体绝缘电缆的绝缘材料
聚乙烯进行深入研究具有重要的工程意义。
空间电荷的存在、转移和消失会直接导致电介质内部电场分布的改变,对介质内部的局部电场起到削弱或加强的作用。由于空间电荷对电场的这种畸变作用,空间电荷对绝缘材料的电导、老化、击穿破坏等各方面的电特性都有明显的影响[124],因而空间电荷问题是聚乙烯材料的电特性研究中的关键问题之一,也是电介质理论研究的重要前沿方向。空间电荷积聚问题在直流电缆的开发、运行中表现得比交流情况下更为复杂[5]。1978年日本使用海底电缆实现了北海道与本州岛之间的电力互联,在这条线路的设计之初,曾经考虑使用XL PE 电缆,但在测试时发现,当一个极性的直流电压在电缆上施加一定时间后,其另一个极性的击穿电压会显著下降。由于此问题,最终这条线路放弃了使用XL PE 电缆的计划,而改用传统的油纸绝缘电缆[6]。
这种直流预电压后另一个极性的击穿电压发生变化的现象被称为预电压极性效应。由于预电压极性效应的存在,固体绝缘电缆出厂前的直流耐压测试受到严重质疑,屠德民认为即使交联聚乙烯通过了该项耐压测试,其绝缘也会受到严重损伤[7]。抑制空间电荷的积聚也成为直流固体绝缘电缆研究的关键[8]。
预电压极性效应表明了空间电荷积聚对聚乙烯材料击穿特性的影响[9],目前相关的研究仅限于较低预电压场强,还没有更广泛预电压场强范围内的研究。
聚乙烯的空间电荷特性研究对电缆绝缘水平的提高、电缆料的开发和评估具有重要意义,是在理论和应用上都具重要价值的研究热点和前沿课题。本文在观测低密度聚乙烯(low density polyet hylene ,LDPE )中空间电荷特性的基础上,在更广泛的预电压场强范围内,测量了经过预电压处理的LDPE 的直流击穿强度,与未经过预电压处理的LDPE 的直流击穿强度进行对比,得到了空间电荷影响LDPE 击穿特性的相关规律。1 试 验111 试品的制备
试验采用原料为国内某厂家生产的LDPE 颗
粒,密度019225g/cm 3,熔体流动速率410g/10min 。采用热压法:将LDPE 颗粒置于2片厚度012mm 的聚四氟乙烯片之间,再放在两块预热至180°C 的铁块之间,一起放入高温试验箱中保持180°C 、30min 使LDPE 颗粒充分热熔,随后将试品取出,在室
温中冷却处理,获得厚度在90～110μm 之间、直径
约4cm 的薄膜状LDPE 试品。测量其厚度并编号入档,以备后续试验之用。112 试验设计
本试验中首先使用脉冲电声(Pulsed elect ro 2a 2coustic ,PEA )法测量了LDPE 试品在一定电场强度下的空间电荷分布,并分析了试品中空间电荷的积聚、运动及消散特性。然后对LDPE 试品进行预电压处理,使试品中积聚一定数量的空间电荷,随即撤去电场并测量该试品的直流击穿强度,将结果与未经过预电压处理的LDPE 试品的直流击穿强度进行比较,从而分析空间电荷对LDPE 击穿特性的影响,即预电压极性效应。2 实验结果及讨论
2.1 LDPE 中的空间电荷特性
首先将LDPE 试品置于直流电场中,使用PEA
法观测了试品中的空间电荷分布。
图1、2分别给出了在50、150kV/mm 负直流电场作用10min 过程中LDPE 试品内部空间电荷的分布状况。从不同时刻的空间电荷分布可见在整
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个电场作用过程中空间电荷分布的变化。
图1、2表明,在50kV/mm场强下,LDPE试品中的空间电荷分布表现为同极性积聚,即试品内部阳极附近积聚正的空间电荷,阴极附近积聚负的空间电荷。而在150kV/mm场强下,聚乙烯中还出现了空间电荷包现象。图2中的箭头指示了空间电荷包的运动。
图3给出了撤去直流电场(电场强度分别为50、100、150kV/mm)后10min时LDPE试品中空间电荷的分布。由图3可见,对LDPE施加越高场强的电场,撤去电场后LDPE中空间电荷的积聚量越少。对此,王宁华解释为在高场强下LDPE中产生的空间电荷包运动导致了空间电荷的部分中和及试品内部缺陷的均匀化[10],从而经过150kV/mm 电场作用10min的试品,撤去电场后空间电荷的积聚量比其它两种情况少。
以上给出了在不同场强的直流电场作用时及撤去电场后,LDPE试品内部空间电荷的分布特性,这些特性有助于理解后续试验中得到的试验现象。
2.2 不同预电压场强处理后LDPE的击穿强度
试验中首先对试品进行预电压处理,即对试品施加直流场强(50kV/mm或者150kV/mm)10 min,然后撤去电场,在很短时间内使试品上电场以3kV/s的速度从零开始上升直至试品击穿,以击穿电压除以击穿点的厚度,得到LDPE试品的直流击穿强度。
图4给出了LDPE试品经过不同预电压处理后的直流击穿强度及误差限。其中同极性击穿强度指预电压与击穿电压极性相同时的击穿强度,异极性击穿强度则指预电压与击穿电压极性相反时的击穿强度。
从图4中可见,经过50kV/mm的预电压处理的LDPE试品,其同极性击穿强度比未经预电压处理的LDPE的击穿强度提高约9%,而异极性击穿强度则降低约14%。图1LDPE中空间电荷的同极性积聚很好地解释了这种趋势的原因:当击穿电压与预电压极性相同时,同极性积聚的空间电荷削弱了LDPE试品内部靠近电极处的电场强度,因而提高了其击穿强度;而当击穿电压与预电压极性相反时,电极极性的改变使原本同极性的空间电荷积聚变为异极性积聚,增强了LDPE试品内部靠近电极处的电场强度,因而降低了其击穿强度。
分析实际运行中的电缆,工作电压下其绝缘材料交联聚乙烯所处的场强较低,交联聚乙烯中积聚空间电荷的规律与本节中50kV/mm预压场强的情形类似,为同极性分布,
因此积聚的空间电荷在电缆极性翻转的时候导致了交联聚乙烯击穿电压的下降。这种预电压极性效应或者称作极性翻转现象已经在许多其他材料中被发现并报道,如PPS[11]、PP[12]、PPX[13]、XL PE[14]、氧化PE[15]、以及Ba TiO3基陶瓷[16]等。
然而,从图4中可见,与50kV/mm预电压场强下的结论明显不同,经过150kV/mm的预电压处理的LDPE试品,其同极性、异极性击穿强度与未经预电压处理的LDPE的击穿强度相比均提高。异极性击穿强度与未经过预电压处理时的击穿强度相比不降反升,造成这种结果的原因可能是在150 kV/mm预电压场强下LDPE中出现的空间电荷包运动(见图3)。空间电荷包的运动引起部分空间电荷的中和,使得空间电荷的积聚量比50kV/mm场强下的更少,同时还会使LDPE试品中的缺陷得到一定程度的均匀化[4]。空间电荷包运动引起的空间电荷积聚量的减少和它对LDPE试品内部的化学结构包括缺陷所造成的影响导致了经过较高预电压处理后LDPE试品异极性击穿强度的提高。空间电荷对LDPE内部化学结构及缺陷的这种影响可以类比老练的作用来理解。
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3 结 论
a)LDPE在较低的直流电场作用下,其内部空间电荷分布为同极性积聚,而在较高直流电场作用下,空间电荷包出现并且导致了空间电荷积聚量的减少和缺陷的均匀化。
b)在较低预电压场强下,与其它材料中所报导的预电压极性效应趋势相同,同极性积聚的空间电荷提高了LDPE的同极性击穿强度,而降低了异极性击穿强度。
c)在较高预电压场强下,由于LDPE中空间电荷包运动以及它对LDPE内部化学结构可能的影响,导致了与较低预电压场强下不同的趋势:同极性、异极性击穿强度均比未经过预电压处理的LDPE的击穿强度要高。
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周远翔
Ph.D.ZHOU Yuan2xiang
周远翔 1966—,男,博士,教授,博导,从
事高电压与绝缘技术的教学与
科研工作。电话:(010)
62795775;E2mail:zhou2yx@t s2
https://www.doczj.com/doc/f17353034.html,
孙清华 1983—,男,博士生,从事绝缘材
料性能的研究。
收稿日期 2007212229 编辑 陈 蔓
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哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 摘要 纳米聚合物复合材料作为一种新材料，已经引起了越来越多的关注。通过向聚合物中填加少量的纳米填料，原有的性能将会被改善。纳米氧化镁交联聚乙烯复合介质已经被成功应用于高压直流输电系统中，这种新材料可以提升直流电压下的击穿电压。 在本论文中，将会对外国学者近年来对纳米聚合物复合材料电特性所做的研究和实验结果做总结。它们包括电导率，介电特性，局部放电，电树及空间电荷特性。还会对Toshikatsu Tanaka所提出的用于解释纳米复合材料各种性能的多核模型做介绍。 在实验部分，首先，用电声脉冲法对加入纳米MgO的复合介质做空间电荷测试。发现加入纳米粒子后，空间电荷降低。当填量大于0.5phr时，对空间电荷的抑制作用就会非常明显。 然后，通过光刺激电流法测量了XLPE和MgO/XLPE的陷阱能级。结果发现MgO/XLPE拥有更深的陷阱。 最后，对XLPE和MgO/XLPE的电致发光起始电压及发光光谱进行了测量。结果表明，复合介质提升了EL的起始电压并且降低了发光量。并且XLPE与MgO/XLPE的光谱存在很大的区别。 关键词纳米复合材料，交联聚乙烯，空间电荷，陷阱 - I -
哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 Abstract Polymer nanocomposite materials have been attracting much attention as a new material because the properties of the original material can be drastically improved by adding a few percent of nano-sized filler. It has been found that nano-sized MgO-filler added into XLPE (crosslink polyethylene), which had been developed for HVDC cable insulation, improved the dc breakdown property of conventional XLPE cable. In this paper, recent topics and their important results will be reviewed on electrical properties of polymer nanocomposite materials. They include characteristics associated with electrical conduction, dielectric properties, partial discharge, electrical treeing and space charge formation. A multi-core model proposed by Toshikatsu Tanaka is discussed to understand various properties and phenomena in nanocomposite. At first, to investigate the influence of MgO nano-filler on space charge properties, we measured the space charge distributions using PEA (pulsed electro-acoustic method) system under DC electric field. In the case of LDPE with nano-filler, there is less space charge injection than LDPE. It is thought that space charge injection is drastically prevented by adding only more than 0.5phr of MgO to LDPE. Also, we measured the trap depth of conventional XLPE and MgO/XLPE by using a photo-stimulated discharge system. We found that the trap depth in MgO/XLPE is deeper than in XLPE. Space charge is expected to be closely related to the nature of carrier traps. Finally, electric field dependence, time variations and the spectra of EL - II -
第5章电介质的击穿气体电介质的击穿 液体电介质的击穿 固体电介质的击穿
?电介质的击穿 介质发生击穿时，通过介质的电流剧烈地增加，通常以介质伏安特性斜率趋向于∞（即dI/dU=∞）——击穿发生的标志。 ?击穿电压 ?击穿场强： 电介质的击穿场强是电介质的基本电性能之一，它决定了电介质在电场作用下保持绝缘性能的极限能力。
5.1 气体电介质的击穿 ?正常气体中的载流子(离子和电子)在外电场作用下迁移，形成电流电流随电压增加而增加 电离产生的载流子来不及复合，全部到达电极 气体中出现碰撞电离，载流子浓度增大，电流不再保持恒定而迅速上升载流子数剧增，气体中的电流无限增大(dI/dU→∞)——丧失绝缘性能。 气体击穿（气体放电）：气体由绝缘状态变为良导电 状态的过程。 击穿场强：均匀电场中击穿电压与气体间隙距离之比.
击穿场强反映了气体耐受电场作用的能力，即气体的电气强度。 平均击穿场强：不均匀电场中击穿电压与间隙距离之 比称 ?气体发生击穿时除电流剧增外，通常还伴随有发光及发热等现象。
5.1.1 均匀电场中气体击穿的理论 1.气体击穿的汤逊（Townsend）理论 电子崩形成过程(电子倍增过程)（1）电子崩与电流倍增 外界电离因子在阴极附近产生了一个初始电子，如果空间电场强度足够大，该电子在向阳极运动时就会引起碰撞电离，产生一个新的电子，初始电子和新电子继续向阳极运动，又会引起新的碰撞电离，产生更多的电子。
α 如电离系数为，则从阴极出发的一个电子，行经单位距离后增加为2α个电子。类似雪崩似地发展，这种急剧增大的空间电子流被称为电子崩。
天津理工大学中环信息学院教案首页 题目：固体、液体和组合绝缘的电气强度 讲授内容提要： 1.固体电介质的击穿特性 2.液体电介质的击穿特性 教学目的：掌握固体液体电击穿、热击穿理论 教学重点：理解影响固体液体击穿电压的因素及提高击穿电压的方法教学难点：理解各种电场在不同电压下的击穿电压 采用教具和教学手段：多媒体及板书 授课时间：2014年9月1日授课地点：新教学楼1108 教室注：此页为每次课首页，教学过程后附；以每次（两节）课为单元编写教案。
第四章 固体、液体和组合绝缘的电气强度 本次课主要内容： 1. 固体电介质的击穿特性 2. 液体电介质的击穿特性 固体电介质击穿的机理 气、固、液三种电介质中，固体密度最大，耐电强度最高。 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：任何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。 1. 固体电介质击穿特性的划分 2. 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。 3. 热击穿 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 10-1 1 101 102 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012时间（μs ） 500450400350300250200150100500击穿电压为一分钟耐压的百分比数（％）
升高导致固体电介质电阻下降，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，这一过程称为电介质的热击穿过程。 影响固体介质击穿电压主要因素 电压的作用时间 温度 电场均匀度和介质厚度 电压频率 受潮度的影响 机械力的影响 多层性的影响 累积效应的影响 提高电介质击穿电压的方法 改进绝缘设计如采取合理的绝缘结构，使各部分绝缘的耐电强度能与共所承担的场强有适当的配合；改善电极形状及表面光洁度，尽可能使电场分布均匀，把边缘效应减到最小；改善电极与绝缘体的接触状态，消除接触处的气隙或使接触处的气隙不承受电位差。 改进制造工艺清除固体电介质中残留的杂质、气泡、水分等 改善运行条件注意防潮，加强散热冷却等。 固体电介质的老化
物理层的电气特性 物理层的电气特性规定了在物理连接上传输二进制位流时线路上信号电压高低、阻抗匹配情况、传输率和距离的限制等。早期的电气特性标准定义物理连接边界点上的电气特性，而较新的电气特性标准定义的都是发送器和接收器的电气特性，同时还给出了互连电缆的有关规定。比较起来，较新的标准更利于发送和接收线路的集成化工作。最常见有关电气特性的技术标准是国际电话电报咨询委员会（CCITT）建议的V.10标准（新的非平衡型）、V.11标准（新的平衡型）和V.28标准（非平衡型）。图3-4分别画出这3种型式的电器特性。 非平衡型的信号发送器和接收器均采用非平衡型方式工作，每个信号用一根导线传输，所有信号公用一根地线。信号的电平是用+5V～+15V表示二进制“0”，用-15V～-5V表示二进制“1”。信号传输率限于20Kb/s以内，电线长度限于15m以内。由于信号线是单线，因此线间干扰大，传输过程中的外界干扰也很大。 在新的非平衡型标准中，发送器采用非平衡方式工作，接收器采用平衡方式工作（即差分接收器）。每个信号用一根导线传输。共有两根地线，方向相同的信号使用同一根地线，也就是说每个方向一根地线。信号的电平是用+4V～+6V表示二进制“０”，用-6V～-4V表示二进制“1”。当传输距离达到1000m时，信号传输率在3Kb/s以下，随着传输率的提高，传输距离将缩短。在10m以内的近距离情况下，传输率可达300Kb/s。由于接收器采用差分方式接收，且每个方向独立使用信号地，因此减少了线间干扰和外界干扰。 新的平衡型标准规定，发送器和接收器均以差分方式工作，每个信号用两根导线传输，整个接口无需公用信号就可以正常工作，信号的电平由两根导线上信号的差值表示。相对于其中某一根导线来说，差值在+4V～+6V表示二进制“0”，差值在-6V～-4V表示二进制“1”。当传输距离达到 1000m时，信号传输率在100Kb/s以下；当在10m以内的近距离传输时，传输率可达10Mb/s。由于每个信号均用双线传输，因此线间干扰和外界干扰大大削弱，具有较高的抗共模干扰能力。
低密度聚乙烯纳米复合介质中电荷输运的实验研究和数值模拟吴建东 纳米复合介质中的陷阱分布 从早期的固态介质电导和介质击穿机理研究至今已经过了近五六十年，然而对固态介质的介电响应特性仍然很难进行定量的分析。在这期间内，当半导体物理的理论基础——能带理论刚被提出后不久，其众多概念和理论即被很快引入到固态介质研究中，特别是聚合物中与电荷输运相关的导电、击穿等领域，这在一定程度上推进了固态介质研究的发展[48,49]。载流子的局域化是基于能带理论的关键概念之一，电子和空穴在聚合物内部的局域化将直接影响载流子在聚合物内部的输运，并相应地改变聚合物的其它介电性能。能使载流子局域化的结构称为局域态中心，在众多文献中常被称为陷阱，因此，下文中用陷阱代表局域态中心[50]。描述陷阱特征的重要参数是陷阱深度和陷阱密度，对于有序结构的介质，陷阱深度可利用能带理论进行直接定义：俘获电子的局域能级（电子陷阱）与导带边沿的能级差，或俘获空穴的局域能级（空穴陷阱）与价带边沿的能级差。在内部无序的聚合物材料中，陷阱深度的定义相对复杂些，基于实际的应用，陷阱深度一般定义为载流子从局域态激发到导带能级所需的能量，需要特别指出的是导带能级并不一定与能带边沿一致[51]。 一般聚合物是由大量的分子链组成，一部分规则叠加形成晶区，另一部分无规则随机堆积形成无定形区，因此，聚合物内部结构本质上是无序的。图1-1为基于能带理论得出的无序聚合物的准能带模型[53]。以聚乙烯为例，通过对LDPE分子结构的模拟计算可知，其内部的禁带宽度约为8eV以上，无定形中的无序结构将在能带结构的边沿附近形成离散的局域态，能级差约在0.15~0.3eV[54]，这些局域态称为物理陷阱，由于能级差较低，又可称为浅陷阱。载流子在这类浅陷阱中受陷的时间数量级约为10-12s，因此，这些局域能级可认为具有局域传导性，并不对载流子产生长期的陷阱作用，文献[55]中也将这类靠近导带和价带的离散局域态称为准导带和准价带。另一种类型的陷阱为化学陷阱，主要由分子结构中的羟基、酮结构、双键和晶区内分子链错位或引入的杂质等形成。化学陷阱引入的陷阱能级范围在0.04~1.5eV[56]，这些化学陷阱中的高能级深陷阱可以长时间限制载流子，是形成空间电荷积累主要原因之一。 纳米颗粒引入到聚合物内部后，陷阱深度和陷阱密度分布都将发生明显变化，从而影响
聚乙烯表面形貌对其空间电荷特性的影响 王云杉1,周远翔1,王宁华2,孙清华1 (1.清华大学电机工程与应用电子技术系,电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室, 北京100084; 2.中国电力科学研究院,北京100085) 摘要:随着空间电荷测量技术在最近三十年的巨大进步,固体电介质空间电荷研究成为研究热点。聚乙烯的热压冷却条件会显著影响聚乙烯的形态结构。而聚乙烯在热压过程中,其表面会由于不同的基底材料而形成不同的附生结晶层,从而具有不同的表面形貌。此附生层的形态对空间电荷特性有很大的影响。通过研究聚乙烯不同表面形貌的形成过程及其显微特征,并结合微观形态对不同表面形貌的聚乙烯进行了空间电荷测量分析,发现不同表面形貌的聚乙烯试样具有不同的空间电荷积聚特性。 关键词:空间电荷;聚乙烯;表面形貌;微观形态;P EA 中图分类号:TM201.4;TQ325.12文献标志码:A文章编号:1009-9239(2008)04-0042-04 Eff ect of Surface To p o g ra p h y on S p ace Char g e Characteristic in Pol y eth y lene WAN G Yun-s ha n1,ZHOU Yua n-xia n g1,WAN G Ni n g-hua2,SUN Qi n g-hua1 (1.S t ate Ke y L aborator y o f Cont rol an d S i m ul ation o f Pow er S y stem an d Generation E q ui p ment, De p art ment o f Elect rical En g i neeri n g,Tsi n g hua U ni versit y,Bei j i n g100084,Chi na; 2.Chi na Elect ric Pow er Research I nstit ute,Hai di an Dist rict,Bei j i n g100085,Chi na) Abstract:Wit h g r eat p r o g r ess es of s p ace cha r g e meas ur e me nt t echnolo g ies i n t he las t t hr ee decades, lots of r es ea rches we r e f ocus e d on s p ace cha r g es i n s olid dielect rics.The heat p r essi n g a nd a nneali n g condition of p ol y et h y le ne(P E)aff ect its mor p holo gy obviousl y.Duri n g t he heat p r essi n g,t he s urf ace of P E f or ms diff e r e nt s urf ace t o p o g ra p hies becaus e of diff e r e nt s ubs t rat e mat e rials.Surf ace t o p o g ra p h y has g r eat r elation t o t he e p it axial c r y s t allization la y e r a nd i nfl ue nces t he s p ace cha r g e cha ract e ris tic of P E dra maticall y.The f or mation p r ocess of diff e r e nt s urf ace t o p o g ra p hies a nd t hei r mic r o g ra p hic cha r2 act e rs i n low de nsit y p ol y et h y le ne(L D P E)was s t udie d i n t his p a p e r.P EA met hod was us e d t o mea2 s ur e t he s p ace cha r g e dis t ribution of s a m p les wit h diff e r e nt s urf ace t o p o g ra p hies a nd mor p holo g ies i n L D P E.It’s f ound out t hat t he va rie d s urf ace t o p o g ra p hies have diff e r e nt accumulation cha ract e ris tics of s p ace cha r g e. K e y words:s p ace cha r g e;p ol y et h y le ne;s urf ace t o p o g ra p h y;mic r o-mor p holo gy;p uls e d elect r o-acous tic (P EA) 1前言 聚乙烯由于其优异的绝缘性能和力学性能而在电气绝缘领域被广泛应用。聚乙烯材料的研究目前非常关注空间电荷问题,空间电荷问题已经成为制约高压电介质材料发展的重要问题。电介质材料中的空间电荷分布可以改变介质内部的局部电场分布,从而影响介质材料的电导和击穿等过程[1～3],影响材料的性能和寿命[4]。 聚乙烯的热压冷却条件显著影响聚乙烯的形态结构[5]。事实上,聚乙烯在热压过程中,其表面会由于不同的基底材料,而形成不同的附生结晶(E p itaxial cr y stallization)层[6～8],而此附生层的形态对空间电荷特性有很大的影响。 附生结晶是一种物质在另一种物质(基底,Sub2 st rate)上的取向生长,实际上是一种表面诱导的取向结晶现象。研究聚合物在无机盐类离子上的附生结晶始于20世纪50年代后期,聚合物-聚合物间附生结 收稿日期:2008-06-25 基金项目:国家自然科学基金项目(NSFC50437030、NSFC50277023、NSFC50347010) 作者简介:王云杉(1983-),男,陕西人,博士研究生,研究方向为固体电介质的空间电荷特性及测量技术;周远翔(1966-),男,福建蒲田人,教授,博士生导师,从事高电压与绝缘技术的教学与科研工作,(电子信箱)zhou-y x@t sin g https://www.doczj.com/doc/f17353034.html,。
考点1：电介质的电气特性及放电理论 （一）气体电介质的击穿过程 气体放电可以分非自持放电和自持放电两种。20世纪Townsend在均匀电场，低气压，短间隙的条件下进行了放电试验，提出了比较系统的理论和计算公式，解释了整个间隙的放电过程和击穿条件。 1、汤逊放电理论的适用范围： 汤逊理论的核心是： (1)电离的主要因素是电子的空间碰撞电离和正离子碰撞阴极产生表面电离； (2)自持放电是气体间隙击穿的必要条件。 汤逊理论是在低气压、Pd值较小的条件下进行的放电实验的基础上建立起来的，这一放电理论能较好的解释低气压短间隙中的放电现象。因此，汤逊理论的适用范围是低气压短间隙(Pd<26 66kPa.cm)。在高气压、长气隙中的放电现象 无法用汤逊理论加以解释，两者间的主要差异表现在以下几方面： (1) 放电外形根据汤逊理论，气体放电应在整个间隙中均匀连续地发展。 低气压下气体放电发光区确实占据了整个间隙空间，如辉光放电。但在大气压下气体击穿时出现的却是带有分支的明亮细通道。 (2) 放电时间根据汤逊理论，闻隙完成击穿，需要好几次循环：形成电子崩，正离子到达阴极产生二次电子，又形成更多的电子崩。完成击穿需要一定的时间。但实测到的在大气压下气体的放电时间要短得多。 (3) 击穿电压当Pd值较小时，根据汤逊自持放电条件计算的击穿电压与实测值比较一致；但当Pd值很大时，击穿电压计算值与实测值有很大出入。 (4) 阴极材料的影响根据汤逊理论，阴极材料的性质在击穿过程中应起一定作用。实验表明，低气压下阴极材料对击穿电压有一定影响，但大气压下空气中实测到的击穿电压却与阴极材料无关。
由此可见汤逊理论只适用于一定的Pd范围，当Pd>26 66kPa. cm后，击穿过程就将发生改变，不能用汤逊理论来解释了。 2、流注理论 利用流注理论可以很好地解释高气压、长间隙情况下出现的一系列放电现象。 (1) 放电外形 流注通道电流密度很大，电导很大，故其中电场强度很小。 因此流注出现后，将减弱其周围空间内的电场，加强了流注前方的电场，并且这一作用伴随着其向前发展而更为增强。因而电子崩形成流注后，当某个流注由于偶然原因发展更快时，它就将抑制其它流注的形成和发展，这种作用随着流注向； 前推进将越来越强，开始时流注很短可能有三个，随后减为两个，最后只剩下一个流注贯通整个间隙了，所以放电是具有通道形式的。 (2) 放电时间 根据流注理论，二次电子崩的起始电子由光电离形成，而光子的速度远比电子的大，二次电子崩又是在加强了的电场中，所以流注发展更迅速，击穿时间比由汤逊理论推算的小的多。 (3) 阴极材料的影响 根据流注理论，大气条件下气体放电的发展不是依靠芷离子使阴极表面电离形成的二次电子维持的，而是靠空间光电离产生电子维持的，故阴极材料对气体击穿电压没有影响。 在Pd值较小的情况下，起始电子不可能在穿越极间距离后完成足够多的碰撞电离次数，因而难 e≥108所要求的电子数，这样就不可能出现流注，放电的自持只能依靠阴极上的 过程。以聚积到ad 因此汤逊理论和流注理论适用于一定条件下的放电过程，不能用一种理论来取代另一种理论，它们互相补充，可以说明广阔的Pd范围内的放电现象。 ‘ 3、不均匀电场中气体的击穿 稍不均匀电场中放电达到自持条件时发生击穿现象，此时气隙中平均电场强度比均匀电场气隙的要小，因此在同样极间距离时稍不均匀场气隙的击穿电压比均匀气隙的要低，在极不均匀场气隙中自持放电条件即是电晕起始条件，由发生电晕至击穿的过程还必须增高电压才能完成。 极不均匀电场有如下特征： (1) 极不均匀电场的击穿电压比均匀电场低；
空间电荷区 编辑 空间电荷区 也称耗尽层.在PN结中,由于自由电子的扩散运动和内电场导致的漂移运动,使PN结中间的部位(P区和N区交界面)产生一个很薄的电荷区,它就是空间电荷区. （1）当P型半导体和N型半导体结合在一起时，由于交界面处存在载流子浓度的差异，这样电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。但是，电子和空穴都是带电的，它们扩散的结果就使P区和N区中原来的电中性条件破坏了。P区一侧因失去空穴而留下不能移动的负离子，N区一侧因失去电子而留下不能移动的正离子。这些不能移动的带电粒子通常称为空间电荷，它们集中在P区和N区交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，这就是我们所说的PN结。 （2）在这个区域内，多数载流子已扩散到对方并复合掉了，或者说消耗殆尽了，因此，空间电荷区又称为耗尽层。 （3）P区一侧呈现负电荷，N区一侧呈现正电荷，因此空间电荷区出现了方向由N区指向P区的电场，由于这个电场是载流子扩散运动形成的，而不是外加电压形成的，故称为内电场。 （4）内电场是由多子的扩散运动引起的，伴随着它的建立将带来两种影响：一是内电场将阻碍多子的扩散，二是P区和N区的少子一旦靠近PN结，便在内电场的作用下漂移到对方，使空间电荷区变窄。 （5）因此，扩散运动使空间电荷区加宽，内电场增强，有利于少子的漂移而不利于多子的扩散；而漂移运动使空间电荷区变窄，内电场减弱，有利于多子的扩散而不利于少子的漂移。 当扩散运动和漂移运动达到动态平衡时，交界面形成稳定的空间电荷区，即PN结处于动态平衡 这是PN结的特性 在PN结上外加一电压，如果P型一边接正极，N型一边接负极，电流便从P型一边流向N型一边，空穴和电子都向界面运动，使空间电荷区变窄，甚至消失，电流可以顺利通过。如果N型一边接外加电压的正极，P型一边接负极，则空穴和电子都向远离界面的方向运动，使空间电荷区变宽，电流不能流过。这就是PN结的单向导性
第二章物理层 2-01 物理层要解决哪些问题？物理层的主要特点是什么？ 答：物理层要解决的主要问题： （1）物理层要尽可能地屏蔽掉物理设备和传输媒体，通信手段的不同，使数据链路层感觉不到这些差异，只考虑完成本层的协议和服务。 （2）给其服务用户（数据链路层）在一条物理的传输媒体上传送和接收比特流（一般为串行按顺序传输的比特流）的能力，为此，物理层应该解决物理连接的建立、维持和释放问题。（3）在两个相邻系统之间唯一地标识数据电路。 物理层的主要特点： ①由于在OSI之前，许多物理规程或协议已经制定出来了，而且在数据通信领域中，这些物理规程已被许多商品化的设备所采用，加之，物理层协议涉及的范围广泛，所以至今没有按OSI的抽象模型制定一套新的物理层协议，而是沿用已存在的物理规程，将物理层确定为描述与传输媒体接口的机械、电气、功能和过程特性。 ②由于物理连接的方式很多，传输媒体的种类也很多，因此，具体的物理协议相当复杂。 2-02 归层与协议有什么区别？ 答：规程专指物理层协议。 2-03 试给出数据通信系统的模型并说明其主要组成构建的作用。 答：源点：源点设备产生要传输的数据。源点又称为源站。 发送器：通常源点生成的数据要通过发送器编码后才能在传输系统中进行传输。 接收器：接收传输系统传送过来的信号，并将其转换为能够被目的设备处理的信息。 终点：终点设备从接收器获取传送过来的信息。终点又称为目的站。 传输系统：信号物理通道。 2-04 试解释以下名词：数据，信号，模拟数据，模拟信号，基带信号，带通信号，数字数据，数字信号，码元，单工通信，半双工通信，全双工通信，串行传输，并行传输。 答：数据：是运送信息的实体。 信号：则是数据的电气的或电磁的表现。 模拟数据：运送信息的模拟信号。 模拟信号：连续变化的信号。 基带信号（即基本频带信号）：来自信源的信号。像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。 带通信号：把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）。 数字数据：取值为不连续数值的数据。 数字信号：取值为有限的几个离散值的信号。 码元(code)：在使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。 单工通信：即只有一个方向的通信而没有反方向的交互。 半双工通信：即通信和双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（当然也不能同时接收）。这种通信方式是一方发送另一方接收，过一段时间再反过来。 全双工通信：即通信的双方可以同时发送和接收信息。
2008年9月电工技术学报Vol.23 No. 9 第23卷第9期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Sep. 2008 固体电介质空间电荷研究进展 周远翔王宁华王云杉孙清华梁曦东关志成 （清华大学电机系电力系统国家重点实验室北京 100084） 摘要随着空间电荷测量技术在近30年的巨大进步，固体电介质空间电荷研究成为国际研究热点。本文论述了固体电介质空间电荷检测技术从有损发展到无损的过程，分析对比了目前应用较普遍的压力波法和电声脉冲法的原理及特点，介绍了国内空间电荷测量技术研究的发展特点。 在此基础上，从预电压效应、形态效应、空间电荷包现象、空间电荷的动态测量等方面论述了空间电荷效应对电介质电气性能的综合影响，对利用空间电荷进行固体电介质陷阱深度等性能参数的研究进行了探讨，强调了空间电荷在电介质材料的开发和评估中的重要作用以及不同应用领域对空间电荷特性的不同要求。指出空间电荷测量技术的进步为固体电介质的研究提供了新的有力手段，但仍需更多的深入研究，以完善电介质理论和促进空间电荷的工程应用。 关键词：空间电荷固体电介质预电压形态陷阱深度 中图分类号：TM215 Review of Research on Space Charge in Solid Dielectrics Zhou Yuanxiang Wang Ninghua Wang Yunshan Sun Qinghua Liang Xidong Guan Zhicheng （The State Key Laboratory of Power System Tsinghua University Beijing 100084 China） Abstract With great progress of space charge measurement technologies in the last three decades, lots of researches are focused on space charge in solid dielectrics. The space charge measurement technology for solid dielectrics has developed from destructive ways to non-destructive ways. Pressure wave propagation method and pulsed electro-acoustic method are two kinds of most popular methods nowadays. Theories and features of these two methods are compared and analyzed. Development of space charge measurement technologies in China is introduced. Based on above reviews, the influences of space charge effects on electrical properties are reviewed by prestressing effects, morphology effects, space charge phenomena and space charge dynamics, etc. Studies of some features of solid dielectrics by using space charge, such as trap depth, are discussed. The important role of space charge in developments and evaluations is emphasized. It’s also emphasized that different space charge characteristics are needed for applications in different areas. Progresss of space charge measurement technology provide new powerful ways for researches on solid dielectrics. However, more detail work should be carried out to improve dielectric theories and industrial applications of space charges. Keywords：Space charge, solid dielectrics, prestressing, morphology, trap depth 1引言 宏观固体物质通常可划分为一些相同的结构单元，一般来讲，每个结构单元应该是电中性的，如果在一个或多个这样的结构单元内正负电荷不能互相抵消，则多余的电荷称为相应位置上的空间电荷[1]。 空间电荷的存在、转移和消失会直接导致电介质内部电场分布的改变，对介质内部的局部电场起 教育部新世纪优秀人才支持计划（NCET-04-0095），国家自然科学基金（NSFC50437030、NSFC50277023、NSFC50347010）资助项目。收稿日期 2007-05-16 改稿日期 2007-11-29
电声脉冲法 （ｐｕｌｓｅｄｅｌｅｃｔｒｏａｃｏｕｓｔｉｃ，ＰＥＡ）NOMEX合成纤维绝缘介质在直流电场中的空间电荷特性_廖瑞金1.1空间电荷密度分布测量系统 测量时，脉冲源向试样施加一个高压窄脉冲，引起介质中的空间电荷产生微小位移，并以声波形式传播至压电传感器，再转换为电信号后即可获取空间电荷密度分布特性。本试验中脉冲源（加拿大ＡＶＴＥＣＨ公司产ＡＶＩＲ１Ｃ型号）脉冲宽度为２～５ｎｓ，脉冲电压幅值２００Ｖ，高压直流源（日本ＭＡＴＳＵＳＡＤＡ公司产ＡＵ２０Ｒ３ＬＣ型号）为０～±２０ｋＶ可调。试验声耦合剂为硅油，测量环境温度为（２５±１）°Ｃ，相对湿度为（４０±２）％。 试验中外施电压采用梯级升压方式施加，本文对试样施加负极性直流高压，场强分别为５、１５、２５、５０ｋＶ／ｍｍ。对每个试样测量加压３０ｍｉｎ内和去压短路３０ｍｉｎ内的空间电荷密度分布。每个测量时间点进行１０００次测量，取其平均值作为该时间点测量结果，以消除噪声影响。 1.2空间电荷密度分布波形的数据恢复 声波在固体介质中传播时会发生衰减和色散，在多层复合介质中传播时会在两种介质的界面处发生折反射现象，这些因素都将导致波形失真。本文从以下两方面入手，对失真后的波形进行恢复重建，尽可能消除上述影响因素，以得到真实的空间电荷密度分布波形［２８］。 软件方面。本文通过软件修正测量信号，以尽量减小声波信号在介质中的色散和衰减所产生的信号畸变。基本原理如下：因空间电荷密度分布的理想波形ρｉ（ｔ）与测量得到的衰减后波形ρａ（ｔ）在时域存在卷积关系为 ρａ（ｔ）＝ｇ（ｔ，ｚ）ｉ（ｔ）。（１） 式中，ｇ（ｔ，ｚ）是介质衰减与传递时间ｔ和位置ｚ的衰减传递函数。所以，通过对衰减后的波形ρａ（ｔ）进行反卷积，可求得介质中的真实波形。 在ＰＥＡ的数据处理程序中，通过求出介质中每个基本点的衰减传递函数ｇ（ｔ，ｚ），即可求得介质中的衰减传递矩阵Ｇ（ｔ，ｚ），通过恢复方程 ρｉ（ｚ）＝Ｇ－１（ｔ，ｚ）ａ（ｚ），（２） 从而重建整个介质中的真实空间电荷密度分布波形。 硬件方面。本文在ＰＥＡ测量系统中采用可与传感器进行较好匹配的铝电极作为下电极，在电极与绝缘介质间使用硅油作为声耦合剂，以尽可能弥补声波在被测绝缘纸中传播时的色散与衰减。
pn结的特性,PN结的击穿特性,PN结的电容特性 PN结的击穿特性： 当反向电压增大到一定值时，PN结的反向电流将随反向电压的增加而急剧增加，这种现象称为PN结的击穿，反向电流急剧增加时所对应的电压称为反向击穿电压，如上图所示，PN结的反向击穿有雪崩击穿和齐纳击穿两种。 1、雪崩击穿：阻挡层中的载流子漂移速度随内部电场的增强而相应加快到一定程度时，其动能足以把束缚在共价键中的价电子碰撞出来，产生自由电子—空穴对新产生的载流子在强电场作用下，再去碰撞其它中性原子，又产生新的自由电子—空穴对，如此连锁反应，使阻挡层中的载流子数量急 剧增加，象雪崩一样。雪崩击穿发生在掺杂浓度较低的PN 结中，阻挡层宽，碰撞电离的机会较多，雪崩击穿的击穿电压高。 2、齐纳击穿：当PN结两边掺杂浓度很高时，阻挡层很薄，不易产生碰撞电离，但当加不大的反向电压时，阻挡层中的电场很强，足以把中性原子中的价电子直接从共价键中拉出来，产生新的自由电子—空穴对，这个过程称为场致激发。 一般击穿电压在6V以下是齐纳击穿，在6V以上是雪崩击穿。
3、击穿电压的温度特性：温度升高后，晶格振动加剧，致使载流子运动的平均自由路程缩短，碰撞前动能减小，必须加大反向电压才能发生雪崩击穿具有正的温度系数，但温度升高，共价键中的价电子能量状态高，从而齐纳击穿电压随温度升高而降低，具有负的温度系数。6V左右两种击穿将会同时发生，击穿 电压的温度系数趋于零。 4、稳压二极管：PN结一旦击穿后，尽管反向电流急剧变化，但其端电压几乎不变（近似为V(BR)，只要限制它的反向电流，PN结就不会烧坏，利用这一特性可制成稳压二极管，其电路符号及伏 安特性如上图所示：其主要参数有：VZ 、Izmin 、Iz 、Izmax 电压才能发生雪崩击穿具有正的温度系数，但温度升高，共价键中的价电子能量状态高，从而齐纳击穿电压随温度升高而降低，具有负的温度系数。6V左右两种击穿将会同时发生，击穿电压的温度系数趋于零。 PN结的电容特性： PN结除具有非线性电阻特性外，还具有非线性电容特性，主要有势垒电容和扩散电容。 1、势垒电容：势垒区类似平板电容器，其交界两侧存储
OSI物理层 制作人：邓荣嘉
目录 物理层 (1) 主要功能 (2) 物理层要解决的主要问题： (2) 组成部分 (2) 重要内容 (3) 重要标准 (4) 通信硬件 (5) 编程方法 (6) 常见的物理层设备 (6) 物理层在无线传感器中的应用 (6)
物理层 物理层（或称物理层，Physical Layer）是计算机网络OSI模型中最低的一层。物理层规定:为传输数据所需要的物理链路创建、维持、拆除，而提供具有机械的，电子的，功能的和规范的特性。简单的说，物理层确保原始的数据可在各种物理媒体上传输。局域网与广域网皆属第1、2层。 物理层是OSI的第一层，它虽然处于最底层，却是整个开放系统的基础。物理层为设备之间的数据通信提供传输媒体及互连设备，为数据传输提供可靠的环境。如果您想要用尽量少的词来记住这个第一层，那就是“信号和介质”。 OSI采纳了各种现成的协议，其中有RS-232、RS-449、X.21、V.35、ISDN、以及FDDI、IEEE802.3、IEEE802.4、和IEEE802.5的物理层协议。 物理层关注在一条通道上传输原始比特。设计问题必须确保当一方发送了比特1时，另一方收到的也是比特1，而不是比特0。这里的典型问题包括用什么电子信号来表示1和0、一个比特持续多少秒、传输是否可以在两个方向上同时进行、初始连接如何建立、当双方结束后如何撤销连接、网络连接器有多少针对以及每一针的用途是什么等。这些设计问题主要涉及机械、电子和时序接口，以及物理层之下的物理传输介质等。 该层定义了了比特作为信号在通道上发送时相关的电气、时序和其他接口。物理层是构建网路的基础。物理信道的不同特征决定了其传输性能的不同（比如，吞吐量、延迟和误码率），所以物理层是我们展开网络旅行的始发地。 物理层一般有三种传输介质：有线（铜线和光纤）、无线（陆地无线电）和卫星。 这里要说的是信号在物理层存在的两种方式，数字信号（电脑可以识别的0和1即比特），模拟信号是铜线和光纤等可以传输的电信号或者无线信号，在悠闲中模拟信号的存在方式诸如连续变化的电压，而在无线传输中类似光照强度或者声音强度。
第二章物理层总结 一、数据通信基础 1. 模拟数据（模拟信号）和离散数据（离散信号） 2. 串行传输和并行传输 3. 基带信号：将数字信号1和0直接用两种不同的电压表示，然后传送到数字信道上去传输（称为基带传输） 4. 宽带信号：将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号，然后传送到模拟信道上去传输（称为宽带传输） 6. 带通信号：在特定的频带内才能传输的信号。 6. 单工通信（仅需一条信道）、半双工通信（需两条信道）、双工通信（需两条信道） 7.码元传输速率：单位时间内数字通信系统所传输的码元个数（也可称为信号变化的次数），单位是波特（Baud），码元速率与进制数无关 8.信息传输速率：单位时间内数字通信系统传输的二进制码元个数（比特数），单位是比特/秒（b/s） 9.奈奎斯特定理：在理想低通（没有噪声，带宽有限）的信道中，极限码元传输率为2W Baud。其中，W是信道的带宽，单位为Hz。若用V表示不同形式码元的个数，则极限数据率公式为：理想低通信道下的极限数据传输率=2Wlog2(V)，单位为b/s 10.香农定理：香农定理给出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限数据传输率。计算公式为：信道的极限数据传输速率=Wlog2（1 + S/N）。其中，W 为信道的带宽，S为信道所传输信号的平均功率，N为信道内部的高斯噪声功率，S/N为信噪比，信噪比=10log10（S/N） 11.把数据变换为模拟信号的过程称为调制，把数据变换为数字信号的过程称为编码 12.数字数据编码为数字信号： 非归零码（NRZ），用低电平表示0，高电平表示1，或反之 13. 曼彻斯特编码，将一个码元分成两个相等的间隔，前一个间隔为低电平后一个间隔为高电平表示码元1；码元0相反。以太网使用的编码方式为曼彻斯特编码 14. 差分曼彻斯特编码，若码元为1，则前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平相同；若码元为0则相反。在码元中间也有电平跳转 15. 4B/5B编码，将欲发送数据流的每4位作为一组，然后按照4B/5B编码规则将其转换成相应的5位码。5位码共32种组合，但只采用其中的16种对应的16种不同的4位码，其它的16种作为控制码（帧的开始和结束、线路的状态信息等）或保留 16. 数字数据调制为模拟信号： 幅移键控（ASK），通过改变载波信号的振幅来表示数字信号1和0 频移键控（FSK），通过改变载波信号的频率来表示数字信号1和0 相移键控（PSK），通过改变载波信号的相位来表示数字信号1和0 正交振幅调制（QAM），在频率相同的前提下，将ASK与PSK结合起来，形成叠加信号。