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两层电介质的击穿原理
两层电介质的击穿原理是指在两个电介质材料之间施加高电压时，当电压达到一定临界值时，电介质失去绝缘性能，电流迅速增加，形成击穿现象。
具体来说，两层电介质的击穿原理可以分为以下几个步骤：
1. 初始电离阶段：当施加电压时，两层电介质之间的电场强度逐渐增加，电场会将电介质中的原子或分子电离成正负电荷。
这些电离产生的自由电子和离子将形成电流，但电介质仍具有良好的绝缘性能。
2. 自由电子增多阶段：随着电场强度的继续增加，电介质中的电离现象逐渐增加，产生的自由电子的数量也随之增加。
自由电子能够在电场中自由移动，导致电介质的电导率增加。
3. 冲击离子产生阶段：当电场强度进一步增加，电离现象会继续增强，产生更多的离子。
这些离子可以与电介质中其他离子相互碰撞，产生冲击离子。
冲击离子的运动具有高的动能，可以撞击和激发电介质中的原子或分子，形成更多的自由电子和离子。
4. 雪崩阶段：当电场强度达到一定临界值时，电介质中的冲击离子和自由电子数量急剧增加，形成电离雪崩效应。
电离雪崩效应导致电流迅速增加，电介质失去了绝缘性能，形成击穿现象。
总结来说，两层电介质的击穿原理是在施加电压的作用下，电介质中的电离现象不断增加，导致电介质失去绝缘性能，电流迅速增加，形成击穿现象。
介电击穿试验原理一、引言介电击穿是指电介质在强电场的作用下发生击穿的现象。
在电力系统和电子设备中，介电击穿是一种常见且重要的物理现象。
了解介电击穿的原理、影响因素以及测试方法对于预测和评估电气设备的性能和寿命具有重要意义。
本文将对介电击穿试验的原理进行详细阐述，以便更好地理解和应用这一领域的知识。
二、介电击穿试验的物理机制介电击穿主要涉及到电介质中的电子和离子的运动。
在强电场的作用下，电子和离子会获得足够的能量，克服介质中的势垒，导致电子或离子的迁移。
随着时间的推移，这种迁移会导致电介质中的电流密度增大，产生热量，并最终导致介质损坏或击穿。
介电击穿的物理机制主要包括以下几种：1.电子雪崩机制：在强电场的作用下，介质中的电子被加速获得高能量，并与介质分子碰撞产生更多的电子，形成电子雪崩，导致电流密度迅速增大。
2.热击穿机制：在持续的高电流密度下，介质产生大量的热量，导致介质温度升高。
当温度达到介质的热分解温度时，介质发生热击穿。
3.电化学击穿机制：在强电场的作用下，介质表面的离子或分子发生电化学反应，生成导电性较强的通道或产物，导致介质击穿。
三、介电击穿试验方法介电击穿试验的方法主要有以下几种：1.耐压测试：通过对电介质施加高于其击穿电压的电压，观察介质的击穿情况。
该方法简单直观，适用于大多数电介质。
2.脉冲电压测试：通过施加脉冲电压来模拟实际工作状态下的电压波形，以评估介质的性能。
该方法能够更真实地反映介质的实际工作情况。
3.谐振电压测试：通过施加具有特定频率的正弦波电压，使介质处于谐振状态，从而提高电压的测试值。
该方法主要用于测试高频或微波介质。
4.老化试验：将介质置于持续的高电压或高温条件下，模拟介质的实际工作情况，以观察介质的性能变化。
该方法能够评估介质的长期稳定性和可靠性。
四、影响介电击穿的因素介电击穿的过程受多种因素影响，主要包括以下几类：1.外部因素：主要包括电压波形、施加电压的频率、温度、压力和光照等环境因素。
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¾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。
¾击穿电压¾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¾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¾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。
电子崩模型右图所示，在电子崩发展过程中，崩头最前面集中着电子，其后直到崩尾是正离子。
在强电场中出现电子崩α的过程称为过程。
这样的放电依赖于外界条件的，也称为非自持放电.（2）气体的自持放电实验发现，当气隙不太宽时，放电与电极材料有关，因而导致考虑γ过程的作用，由γ过程和过程一起来决定气隙中的电流。
⾼电压技术课后题答案（部分）1 ⽓体的绝缘特性与介质的电⽓强度1-1⽓体放电过程中产⽣带电质点最重要的⽅式是什么，为什么？1-2简要论述汤逊放电理论。
1-3为什么棒－板间隙中棒为正极性时电晕起始电压⽐负极性时略⾼？1-4雷电冲击电压的标准波形的波前和波长时间是如何确定的？1-5操作冲击放电电压的特点是什么？1-6影响套管沿⾯闪络电压的主要因素有哪些？1-7具有强垂直分量时的沿⾯放电和具有弱垂直分量时的沿⾯放电，哪个对于绝缘的危害⽐较⼤，为什么？1-1⽓体放电过程中产⽣带电质点最重要的⽅式是什么，为什么？答: 碰撞电离是⽓体放电过程中产⽣带电质点最重要的⽅式。
这是因为电⼦体积⼩，其⾃由⾏程(两次碰撞间质点经过的距离)⽐离⼦⼤得多，所以在电场中获得的动能⽐离⼦⼤得多。
其次．由于电⼦的质量远⼩于原⼦或分⼦，因此当电⼦的动能不⾜以使中性质点电离时，电⼦会遭到弹射⽽⼏乎不损失其动能；⽽离⼦因其质量与被碰撞的中性质点相近，每次碰撞都会使其速度减⼩，影响其动能的积累。
1-2简要论述汤逊放电理论。
答: 设外界光电离因素在阴极表⾯产⽣了⼀个⾃由电⼦，此电⼦到达阳极表⾯时由于α过程，电⼦总数增⾄d e α个。
假设每次电离撞出⼀个正离⼦，故电极空间共有（d e α－1）个正离⼦。
这些正离⼦在电场作⽤下向阴极运动，并撞击阴极．按照系数γ的定义，此（d e α－1）个正离⼦在到达阴极表⾯时可撞出γ（d e α－1）个新电⼦，则(d e α-1)个正离⼦撞击阴极表⾯时，⾄少能从阴极表⾯释放出⼀个有效电⼦，以弥补原来那个产⽣电⼦崩并进⼊阳极的电⼦，则放电达到⾃持放电。
即汤逊理论的⾃持放电条件可表达为r(d eα-1)=1或γde α＝1。
1-3为什么棒－板间隙中棒为正极性时电晕起始电压⽐负极性时略⾼？答:（1）当棒具有正极性时，间隙中出现的电⼦向棒运动，进⼊强电场区，开始引起电离现象⽽形成电⼦崩。
随着电压的逐渐上升，到放电达到⾃持、爆发电晕之前，在间隙中形成相当多的电⼦崩。
第一章 气体放电的基本物理过程一、选择题1) 流注理论未考虑 B 的现象。
A ．碰撞游离B ．表面游离C ．光游离D ．电荷畸变电场2) 先导通道的形成是以 C 的出现为特征。
A ．碰撞游离B ．表面游离C ．热游离D ．光游离3) 电晕放电是一种 A 。
A ．自持放电B ．非自持放电C ．电弧放电D ．均匀场中放电4) 气体内的各种粒子因高温而动能增加，发生相互碰撞而产生游离的形式称为 C 。
A.碰撞游离B.光游离C.热游离D.表面游离5) ___ B ___型绝缘子具有损坏后“自爆”的特性。
A.电工陶瓷B.钢化玻璃C.硅橡胶D.乙丙橡胶6) 以下哪个不是发生污闪最危险的气象条件？DA.大雾B.毛毛雨C.凝露D.大雨7) 污秽等级II 的污湿特征：大气中等污染地区，轻盐碱和炉烟污秽地区，离海岸盐场3km~10km地区，在污闪季节中潮湿多雾但雨量较少，其线路盐密为 C 2/cm mg 。
A .≤0.03 B.>0.03~0.06 C.>0.06~0.10 D.>0.10~0.258) 以下哪种材料具有憎水性？AA . 硅橡胶 B.电瓷 C. 玻璃 D 金属二、填空题9)气体放电的主要形式：辉光放电、 电晕放电、 刷状放电、 火花放电、 电弧放电 。
10)根据巴申定律，在某一PS 值下，击穿电压存在 极小（最低） 值。
11)在极不均匀电场中，空气湿度增加，空气间隙击穿电压 提高 。
12)流注理论认为，碰撞游离和 光电离 是形成自持放电的主要因素。
13)工程实际中，常用棒－板或 棒－棒 电极结构研究极不均匀电场下的击穿特性。
14)气体中带电质子的消失有 扩散 、复合、附着效应等几种形式15)对支持绝缘子，加均压环能提高闪络电压的原因是 改善(电极附近)电场分布 。
16)沿面放电就是沿着 固体介质 表面气体中发生的放电。
17)标准参考大气条件为：温度C t 200=，压力=0b 101.3 kPa ，绝对湿度30/11m g h =18)越易吸湿的固体，沿面闪络电压就越__低____19)等值盐密法是把绝缘子表面的污秽密度按照其导电性转化为单位面积上____NaCl ______含量的一种方法20)常规的防污闪措施有： 增加 爬距，加强清扫，采用硅油、地蜡等涂料三、计算问答题21) 简要论述汤逊放电理论。
邓宏李波2015《近代电介质理论》DIELECTRIC STRENGTH AND INSULATION BREAKDOWN一、电介质击穿（Dielectric Breakdown ）UIOU bU b 为击穿电压（击穿电场E b =U b /d，d为介质厚度）导体电介质由绝缘体击穿时，当常数在低电压区满足：→⇒⇒∞→==Ubb dUdI U U dUdI击穿的分类：•本征击穿（Intrinsic Breakdown ）：电击穿；•非本征击穿：热击穿（Thermal Breakdown ）；•放电击穿（Discharge Breakdown ）•击穿是一种原子或分子聚集体的集体现象。
•“自愈现象”（Self-Healing ）：气体（包括一些液体介质），在电场的作用下被击穿，当外电场撤除后，气体介质又恢复其绝缘性能。
•固体介质的击穿是永久性的。
二、气体介质的击穿)/(2m A j )/(m V E IIIIII1E iE Sj bE 如电场很高，例如E>108V/m ，离子在电场中获得很高的能量而产生新的碰撞和电离，使N 随E 的增大指数增加，导致电流的指数增大。
1002003004001010 1010 10 10 10 1010100 HGFEV Vs与初始引发有关着火电压VDCA常见的放电形式：AC 段属于非自持放电-火花放电自持放电正常辉光放电区EF 段-辉光放电欠正常的辉光放电区CD 段-电晕放电起辉电压异常辉光放电FG 段弧光放电GH 段放电维持电压辉光放电发光区域及光强分布图当辉光放电时，在放电管内形成明暗交替的辉光放电区。
其中包括II 负辉区、III 法拉弟暗区、IV 正柱区（等离子区）、I 阴极光膜和V 阳极辉区五个发光区。
其中前两者发光较强，以负辉区发光最强，是作为PDP 的主要发光源，等离子体显示板工作在II 、III 、IV 形成的负阻区。
汤申特(Townsend) 碰撞游离理论1. 碰撞游离的必要条件：EVE q W L L L E q W E W W ii i =⋅≥∴⋅⋅=≥ 电荷的运动距离—为：的作用下所积累的能量一个电荷在电场（分子的游离能量）（电子的积累能量），且满足：金属电极表面逸出电子∵•多级碰撞，如果碰撞能量较小但之间间隔周期很短，可能使分子游离；•电子与受激的中性分子碰撞，中性分子回到零位状态，而电子被加速能量增大，可使下一个中性分子游离；•两个受激的分子碰撞，一个交出能量，而另一个获得能量而游离。
碰撞游离的形式：＋－－－＋－＋＋2. 电子崩的形成：xC x C e n n x Ce n C x n n ααααααC0n n dxn dn dx dx n x =∴===+=∴=⇒000ln 时，当所产生的游离次数一个电子经过则：系数或游离系数）（电离碰撞游离的次数为一个电子单位距离产生；处的电子数为穿过距阴极；数为积上由阴极逸出的电子设：单位时间、单位面随着x 的增加，电子数按指数增加。
阴极表面初始电流密度—电流密度为：到达阳极的电子数为：单位时间、单位面积上0000c d c d c a d c a j e j e n q n q j e n n ααα⋅=⋅⋅=⋅==212121210010ln ln ln3.2.1d d j j d d j j e j e j j n d c d c c −−=−=∴⋅=⋅=←←←αααααα j . j j 2c0）（—（实验法）：—的方法求可确定一定，游离剂一定、电极间距）游离剂（光、热等引起对上式的讨论：自持放电：气体介质在阴极电子逸出（游离剂）的作用下产生放电，当游离剂去除后，气体介质的放电仍能够维持下去，这种现象叫做“自持放电”。
率很小，但，这种游离碰撞的几（第二游离系数）。
游离碰撞系数为游离，设会与中性分子碰撞产生正离子沿电场方向运动0≈ββ阴极上出现正离子堆积区堆积区的厚度=10-10m；电压=10-2V；堆积区的电场可达：E= 10-2V/ 10-10m=108V/m3. 自持放电条件：dc a c c e n n n n n n α⋅=Δ+=Δ到达阳极的电子数为：为：从阴极拉出的总电子数，则上拉出的电子数为设单位时间、单位面积阴极拉出电子）。
行从使阴极产生电子（即强这样强的电场，足以迫0产生的正离子数）（产生的电子数为：从阴极到阳极的间距中=−=−1dc c a en n n αγγγγαα⋅−⋅+=∴⋅−⋅=Δ）（）（游离系数）—表面游离系数（第三—表面拉出的电子数为设：一个正离子从阴极1 1 0d c c c d c e n n n e n n ddc ad c ce e n n e n n αααγγ⋅⋅−+=⋅−+=）（）（11110γα⋅−+=⋅=)1(10d ae j n q j γα⋅−+=⋅=)1(10d ae j n q j ，自持放电。
）（当光游离过程；时，）（当非自持放电；时，）（当讨论：011 .3,111 .2,0111 .100=⋅−+<>⋅−+>>⋅−+>γγγαααd d d e j j e j j e 自持放电的条件和物理意义1)1()1(11)1(=γ⋅−γ⋅−−=γ⋅−αααααd d dd de e ee e 自持放电条件自持放电条件一个电子从阴极出发后运动d 距离所产生的电子数这个电子运动距离d 后所产生的正离子数从阴极拉出的电子数从阴极拉出一个电子，正好可替代最初的表面游离剂！！4. 放电电压U b 的确定：())(11ln 011∗⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+==⋅−− γαγαd e d 可得：件：由气体介质自持放电条。
每单位距离的碰撞次数—气压；，碰撞之间的平均自由程—的碰撞游离次数一个电子经过单位距离—求AP P P=−∝λλα11EP B EP A U x x i ii eP A e P A ee x EU x x ⋅−⋅⋅−−−⋅⋅=⋅⋅=⋅==≥λλλα1数为：故每单位距离的碰撞次的几率为玻尔兹曼分布而电子行程大于电子的运动行程的必要条件是：一个电子产生碰撞游离⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+γ=⋅⋅⋅⋅−11ln *d eP A EP B ）有：带入（dE U b b ⋅=击穿电压()d P f d P A d P B U b ⋅=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+⋅⋅⋅⋅=γ11ln ln 巴申（Paschen ）定律巴申（Paschen ）定律()d P f d P A d P B U b ⋅=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛γ+⋅⋅⋅⋅=11ln lnU b(p·d)U bmin理论实测p 1巴申定律的讨论：1.在均匀电场中，p 变化，U b =f (p ·d)，p 增加n 倍，d 下降n 倍，U b 不变。
2.巴申定律的物理意义：•每种气体的放电电压都存在一最小值U bmin ；•当d 一定，p=p 1，有最小放电电压，（电子的运动距离与单位距离电子的碰撞次数的共同效应最大）。
•p<p 1，距离增加，但碰撞次数减小，U b 增加。
•P>p 1，距离减小，但碰撞次数增加，U b 增加。
3. 当p 一定时，d=d 1，出现U bmin 。
•d>d 1，由于d 增加，E 下降，故U b 增加；•d<d 1，由于d 减小，碰撞次数减小，故U b 增加；特别是当d<λ时，几乎不发生碰撞。
4. 提高气体介质的击穿电压的途径：•利用高压气体（氮气）或低压气体（真空）作为气体介质；•采用耐高电压气体介质（CCl 2F 2、SF 6等分子半径大的气体）。
5. 不均匀电场中的气体放电（击穿）电晕、淡紫色辉光：U b =U i)/(2m A j )/(m V E IIIIII1E iE Sj bE 均匀场不均匀场1.不均匀电场中气体放电的特点：•在高电场区先产生电晕；•U 增大，电晕边缘出现增大，电晕边缘出现树枝状放电树枝状放电——辉光放电或火花放电；•U 进一步增大，树枝状放电连通第二极——最终击穿。
2. 从游离开始到击穿，随E 增加电流增大，但较慢。
3. 击穿电场强度与电极的形状、距离有关。
-++-空间电荷的形成：负针电极——正极板：针状尖端放电产生正离子和电子，在电场中电子的运动速度远大于正离子，故电子被正电极吸收后，空间仍存在正离子构成的电荷区。
正离子区不断靠近负针电极，电荷区的曲率半径R 增大，放电减小，U b 增加。
正针电极——负极板：空间电荷区向负极板运动，d 减小，电荷区曲率半径减小，放电容易，U b 减小。
结论：1.曲率半径小的电极放电容易；2.不对称电极，正针电极比负针电极先放电。
三、液体介质的击穿¾气体（空气）：E b =3×106V/m；¾工程纯变压器油：Eb=2 ×107V/m；¾非常纯液体：Eb=1 ×108V/m液体介质的分类：•工程纯液体介质：含有固相、气相、液相杂质；•去除气相的洁净液体介质；•纯净液体介质。
液体介质电流倍增的原因：•液体分子的碰撞游离；•阴极电子逸出形成碰撞游离；•液体介质本身的离解。
液体介质击穿的经验规律：•击穿电压与时间的关系：t ↑，U b ↓（含杂时特别明显）；•击穿电压与频率的关系：f ↑，U b ↓；•击穿电压与间距的关系：经验公式：U b =A+Bd（d<1mm ）fU bU bU b td1.工程纯液体介质的击穿杂质：气相、液相、固相——吉孟特（Gemant ）“小桥”理论1）气相杂质的影响d-+-+-+-+d+-2）液相杂质的影响d3）. 固体杂质的影响考克(KoK )等认为，在加了电压的液体中，如悬浮有介电常数比液体大的粒子，在静电力的作用下，克服扩散、粘度等的阻力，向电场强的阴极面小突起处移动，形成电极间小桥，使击穿场强降低。
b t B E 根据考克的计算，施加电压时间半径r 的粒子形成小桥在场强达到时击穿。
击穿场强正比于2222024)(ηA N E E r g t b b =−0E ——直流击穿场强kTE r g 2)1(2032=−2/3−rN、η、g 、A 分别为悬浮粒子的密度、粘度、电极面的突起造成的局部电场增加率和常数。
2.纯净液体介质的击穿：主要是游离离子的碰撞电离。
3.提高液体介质的纯度：•离心过滤；•纸过滤；•膜过滤；•压滤；•真空加热；•加活性剂。
实验室提纯法：•低气压下重复击穿——过滤；•长时间通直流（用电解法和电泳除去杂质）。
四、固体介质的击穿•固体介质的击穿电场大于液体和气体介质E b （气体）=3×106V/m E b （液体）=107-108V/m E b （固体）=108-109V/m•固体介质击穿是永久性的•从击穿过程看：-电场的破坏——变成导体——电击穿；-介质本身的破坏：a ）热破坏——热击穿；b ）机械破坏——机械击穿1、固体介质击穿的一般规律2、固体介质击穿的分类：3、电击穿的特点：电击穿必须满足：电导率γ小、tan δ小、散热好，无气隙和边缘放电。
