固体击穿原理

固体发光

一、名词解释

1、平衡辐射：是炽热物体的光辐射，又叫热辐射。起因于物体的温度。T,热平衡(准平衡),相应热辐射。热辐射体的光谱只决定于辐射体的温度及其发射本领。

非平衡辐射：在某种外界作用激发下，物体偏离原来的热平衡态所产生的辐射。发光是其一种。

2、发光：当物质受到诸如光照、外加电场或电子束轰击等的激发后，吸收了外界能量，其电子处于激发状态，物质只要不因此而发生化学变化，当外界激发停止以后，处于激发状态的电子总要跃迁回到基态。在这个过程中，一部分多余能量通过光或热的形式释放出来。这部分能量以光的电磁波形式发射出来，即称为发光现象。

上转换发光：吸收光子的能量小于发射光子的能量，材料吸收低能量长波辐射，发射短波辐射，材料的发射谱带位于其相应激发谱带的短波边，称上转换发光。

3、发光效率：通常有三种表示法： 量子效率ηq功率效率（能量效率）η 光度效率（流明效率）ηl

功率效率（能量效率）ηp ：是指发射光的光功率Pf与被吸收的光功率Px（或激发时输入的电功率）之比 。

量子效率ηq ：是指发射的光子数Nf与激发时吸收的光子数（或电子数）Nx之比

4、发光中心：由激发而产生的电子和空穴，不稳定，最终将会复合。一般而言，电子和空穴总是通过某种特定的中心而实现复合的。若复合后发射出光子，这种中心就是发光中心（可以是组成基质的离子、离子团或有意掺入的激活剂）

猝灭中心：有些复合中心将电子和空穴复合的能量转变为热而不发射光子，这样的中心就叫做猝灭中心

5、电致发光：用电场或电流产生的发光，最初译成场致发光。

6、余辉发光：是一种光致发光现象，是指激发光停止后物质仍能持续发光的现象。

余辉时间：当激发光停止后，发光亮度（或强度）衰减到原来的e分之一 ，或10%时，所经历的时间。

7、热致释光：当温度升高时，发光又逐渐加强，这种现象称为加热发光或热致释光，有时简称热释光。

红外释光：有的甚至在室温衰减完后,加热到高温还有热释光峰。如：SrS:Ce、Sm150℃左右。SrS：Eu、Sm 370℃。这种材料存贮的激发能可通过红外线释放。

电缆绝缘击穿的原因分析和预防措施

一、固体绝缘的击穿

1．固体绝缘击穿的形式绝缘材料又称电介质。当施加于电介质上的电压超过一定的临界值，使电介质中的电场强度超过它能承受的水平，通过电介质的电流剧增，电介质发生破裂或分解，完全失去绝缘能力，这种现象称为电介质的击穿。不同的电介质，其击穿的形式和机理是不一样的，田体电介质的击穿一般可分为电击穿、热击穿和电化学击穿三种形式。

电击穿是当电压很高、电场足够强时，固体电介质中存在的少量自由电子将在强电场作用下运动，积累起较大的动能。如果这些动能足以使介质原子游离成电子和离子，便在介质中出现很多自由带电粒子，它们又可继续产生新的带电粒子，这样激烈发展下去，最后导至击穿。

热击穿是在电压作用时间较长的情况下发生的。在电场的作用下，介质损耗将使绝缘介质内部发热，温度上升，与此同时也向周围散热。若发热量一直大于散热量，介质温度将持续上升，最后由于温度过高导致绝缘特性完全丧失而被击穿。电化学击穿一般发生在设备运行很长时蚵以后。在运行中绝缘将受到热的、化学的和机械力的作用，使绝缘性能逐渐变坏而老化。在高电压作用下，由于电极与绝缘接触处的气隙或绝缘内部存在着的气泡等，往往发生电晕或局部放电，甚至引起局部烧焦现象。所有上述情况都将导致绝缘的抗电强度下降，以致在长时期电压作用下产生热击穿，或在短时过电压作用下造成电击穿。

2．影响固体绝缘击穿的园棠影响固体绝缘击穿的因素比较多，这里仅对几种主要因素作一简单介绍。 (1)只要当电场强度选到足以使介质内少量自由电子产生碰撞电离的连锁反应时，就可发生电击穿。同样的外施电压，绝缘层越厚，则其中的电场强度越低(在均匀电场中，V：Ed，式巾V为电压，E为电场强度，d为电压两极间的距离，即绝缘层的厚度)，所以，击穿电压随绝缘厚度的增加而相应增加。

(2)当绝缘材料中有杂质，特别是有气泡时，可使整个材料绝缘性能降低。一方面气泡减少了电介质的有效厚度，更重要的是因为在有夹层的电介质中，电场强度是按各层材料的介电系数￡成反比分布的，￡较小的气泡中电场较强，而气泡本身的耐压强度又较低，所以这些气泡总是先游离而发生局部放电，进而导至整个介质的击穿。

固体击穿原理

固体击穿原理是指当电场强度达到一定数值时，电子在固体中获得足够的能量，从而使固体失去绝缘性质而产生击穿现象。固体击穿是电气工程中一个重要的现象，它在高电压设备和电力系统中具有重要的应用价值和研究意义。

固体击穿是电场强度超过固体材料的击穿强度时，电子受到足够的能量激发而跃出原子，形成电离区。在电离区中，电子与固体中的原子、离子发生碰撞，引起电离、复合和自由电子的产生。当自由电子数目足够多时，固体将失去绝缘性质，形成导电通道，电流急剧增加，即出现击穿现象。

固体击穿过程可以分为雏形期、阴极发射期、阳极发射期、气体击穿期和电弧期几个阶段。

在雏形期，电场强度逐渐增大，但电流还很小。此时，电子在固体中获得的能量还不足以引起电离，固体仍保持绝缘状态。

当电场强度继续增大到一定程度时，固体进入阴极发射期。在这个阶段，电子从固体的阴极发射出来，形成电子云，并与固体中的离子发生碰撞。碰撞会导致离子电离，产生更多的自由电子和离子。此时，电流开始增加，但仍较小。

随着电场强度的继续增大，固体进入阳极发射期。在这个阶段，电场强度足够大，可以将离子从阳极表面发射出来，形成离子云。离子云与自由电子相互碰撞，产生更多的电离。此时，电流急剧增加，固体开始失去绝缘性质。

当电场强度继续增大到一定程度时，固体进入气体击穿期。在这个阶段，电子与离子的碰撞足以产生大量的电离，形成更多的自由电子和离子。此时，固体中形成了连续的导电通道，电流急剧增加。

在电弧期，固体完全失去绝缘性质，形成了一个稳定的电弧。电弧是高温高能的等离子体，具有较低的电阻，电流可以通过电弧自由流动。电弧会释放大量的能量，产生强烈的光和热，对设备和系统造成损坏。

固体击穿的发生与固体材料的性质有关。不同的固体材料具有不同的击穿强度。通常情况下，固体材料的击穿强度与其离子化能、结晶结构、杂质含量和温度等因素有关。例如，离子化能较低的材料易于发生击穿，而温度的升高会降低击穿电场强度。

电力科技　提高固体电介质击穿电压的方法　安会强　（青海省大柴旦镇饮马峡工业园区五彩碱业有限公司。青海大柴旦８１　６２００）　【摘要】文章介绍提高固体电介质击穿电压的方法。通过功　能概述、要点归纳，掌握提高固体电介质击穿电压常用方法和措施。　【关键词】介质击穿；绝缘　在强电场作用下，固体电介质丧失电绝缘能力而由绝缘状态突　变为良导电状态。导致击穿的最低临界电压称为击穿电压。均匀电　场中，击穿电压与固体电介质厚度之比称为击穿电场强度（简称击　穿场强，又称介电强度），它反映固体电介质自身的耐电强度。不均　匀电场中，击穿电压与击穿处固体电介质厚度之比称为平均击穿场　强，它低于均匀电场中固体电介质的介电强度。　１击穿形式　根据击穿的发展过程，固体电介质的击穿可分为３种形式：电击　穿、热击穿和电化学击穿，同一种电介质中发生何种形式的击穿，　取决于不同的外界因素　随着击穿过程中固体电介质内部的变化，　击穿过程可以从一种形式转变为另一种形式。　１．１电击穿　取决于固体电介质中碰撞电离的一种击穿形式　电场使电介质　中积聚起足够数量和足够能量的带电质点，导致电介质丧失绝缘性　能。对于电击穿有以下几种不同的理论解释：本征击穿、电子崩击　穿和电致机械应力击穿，通常以本征击穿代表电击穿，所以电击穿　有时又称本征击穿。本征击穿过程所需时间为１Ｏ一８ｓ数量级，击穿　场强大于１ＭＶ／ｃｍ。　１．２热击穿　在电场作用下，固体电介质承受的电场强度虽不足以发生电击　穿，但因电介质内部热量积累、温度过高而导致失去绝缘能力，从　而由绝缘状态突变为良导电状态。　１．３电化学击穿　在电场、温度等因素作用下，固体电介质发生缓慢的化学变化，　性能逐渐劣化，最终丧失绝缘能力，从而由绝缘状态突变为良导电　状态。电化学击穿过程包括两部分：因固体电介质发生化学变化而　引起的电介质老化；与老化有关的击穿过程。　固体电介质发生缓慢化学变化的原因多种多样。直流电压下，　固体电介质因离子电导而发生电解，结果在电极附近形成导电的金　属树枝状物，甚至从一个电极伸展到另一个电极。在电场作用下，　固体电介质内部的气泡中，或不同固体电介质之间的气隙或油隙中，　会发生局部放电。与固体电介质接触的电极边缘场强较强的局部区　域内如有气体或液体电介质，这里也会发生局部放电。局部放电的　长期作用会使固体电介质逐步损坏。　电场越强，温度越高，电压作用时间越长，固体电介质的化学　变化进行得越强烈，其性能的劣化也越严重。　固体电介质的化学变化通常使其电导增加，这会使固体电介质　的温度上升，因而电化学击穿的最终形式是热击穿。　影响因素影响固体电介质击穿电压的主要因素有：电场的不　均匀程度，作用电压的种类及施加的时间，温度，固体电介质性能、　结构，电压作用次数，机械负荷，受潮等。　２提高固体击穿电压的方法　（１）改进制造工艺，使介质可能做到均匀致密。　（２）改进绝缘设计，使电场分布均匀。　（３）改善绝缘的运行条件。　３提高固体击穿电压的具体措施　（１）通过精选材料、改善工艺、真空干燥、加强油浸（油、胶、　漆），以清除固体电介质中残留的杂质、气泡、水分等。　如电力电容器内部的浸渍剂主要作用是填充固体绝缘介质的空　隙，以提高介质的耐电强度，改善局部放电特性和增强散热冷却的　能力。由于电容器绝缘介质的工作电场强度较高，同时冷却条件较　差，因此对浸渍的技术性能要求较高。目前采用表面粗化薄膜，并　在高真空下浸渍而形成的全膜电容器已广泛应用。　纸绝缘电缆在运行过程中，由于黏性浸渍剂的热膨胀系数大，　在负荷、温度有变动体积改变明显，而铅铝护套受热后冷却难以恢　复原有尺寸，绝缘内部容易形成气隙。故黏性浸渍电缆仅适用于３５ＫＶ　以下交流系统。　更高电压的油纸电缆选用黏度较低的电缆油浸渍，并加以油压，　以减小油中气隙，提高绝缘强度。由于薄纸的电气强度高，通常包　缠用的纸带改用０．０４５￣０．０７５ｍｍ的薄纸来代替常用的０．１２ｍｍ厚的　电缆纸。随着绝缘材料的发展，用烷基苯等合成油来代替电缆油，　用薄膜一纤维合成纸来代替电缆纸。　（２）采取合理的绝缘结构。使各部分绝缘的耐电强度与其承受　的场强相匹配；改善电极形状及表面光洁度，是电场分布均匀：改　善电极与绝缘体的接触状态，消除接触触电的气隙或使接触处的气　隙不承受电位差，如用半导体漆。　带绝缘（总包绝缘）的三相交流电缆方式，电场属非同轴圆柱　分布，平行于纸层方向将出现较强的切线分量，从而容易出现滑闪　放电。故ＩＯＫＶ以上的三芯电缆不用带绝缘结构而改用分相铅包（或　屏蔽）的，若线芯及金属护层表面均光滑，其间绝缘层中的电场分　布近于同轴圆柱体电场，电场分布较为均匀。　交流１ＩＯＫＶ及以上的高压套管常用电容式套管，它是在导电杆　上包以多层绝缘纸构成，在层间按设计要求位置加有铝箔，以起到　均压作用。　油浸式变压器中常用的绝缘纸有两种：①电缆纸（通常用　Ｏ．０８　０．１２ｍｍ厚），主要用于导线绝缘、层间绝缘及弓Ｉ线绝缘等；②　更薄的电话纸和更柔软的皱纹纸有利于包紧出线头、引线等。绝缘　纸板常用作绕组间的垫块、隔板等，或制成绝缘简及对铁轭的角环　等。在电场很不均匀的区域，如对铁轭或高压引线绝缘，也采用由　纸浆制成合适形状的绝缘成型件，以改善电场分布，防止发生沿面　滑闪放电。通常变压器绕组与铁轭间的电场不如绕组中部均匀，故　高压进线布置在绕组中部，若需将高压引线（或自耦变压器的中压　引线）安置在绕组端部时，需要加进静电板以改善绕组近端部处的　电场分布。静电板是在绝缘环上用金属带包缠成一个具有较大曲率　半径的不闭合金属环，再包以很厚的绝缘层。　（３）在运行中，注意防止尘污、防潮和有害气体的侵蚀，加强　散热冷却，如自然通风、强迫通风、氢冷、油冷、水内冷等措施。　如油、纸绝缘的配合使用，可以弥补各自缺点，显著增强绝缘性能，　但纸纤维为多孔性的极性介质，极易吸收水分，即使经过干燥油浸　处理仍会吸潮。因此，在出厂前变压器内纤维的含水量应降低到　０．３％～Ｏ．５％，在现场如需吊芯，务必选择晴朗干燥天气，尽量缩短　暴露时间。对于长期停运的变压器再重新投入前，需检查是否受潮，　有时还可以先预热干燥后再投入运行。　参考文献：　…１电网公司高电压技术．　（上接第２８０页）　３．３转变经营管理理念，依法经营　第一，企业要用经济、法律手段规范自身的行为，改变先前的　行政化作风。当客户与企业发生经济纠纷时，要用法律手段化解矛　盾。第二，企业员工加强法律意识和法律观念，树立自我约束和自　我保护意识。第三，培养企业的法律人才，成立自己的执法队伍，　配合企业所在地的公安、司法部门对破坏电力设备、窃电、拖欠电　费等行为以法律方式对其进行处理。　４结语　总之，电力营销现代化建设涉及范围广，牵扯部门比较多。电　力企业在电力行业改革的大背景下，依托高新技术手段和管理理念，　建立先进的电力营销管理体系，进而解决供需矛盾，提高市场占有　率，促进电力企业的发展。　参考文献：　［１】纳音其木格．电力营销现代化建设现状与前景分析【『１．电子世　界．２０１３（０８）．　［２】孙江．电力系统现代化建设现状与前景分析Ⅱ］．科技与企业．２０１３　（１Ｏ）．　２０１４．０２　Ｉ　２８１