课程电介质物理第五章

（一）热振动能量是量子化的，那么当液体分子的固有振动频率为ν时（固有振动频率可以用红外吸收光谱法测出来，在于电子的一次碰撞中，液体分子平均吸收的能量仅为一个振动能量子（h是可常数。当电子在相邻两次碰撞间从电场中得到的能量大于hν时，电子就能在运动eE式中C——1

E 设液体分子浓度为N，分子由各种CH所组成，以Sj代表第j个的碰撞截面，则一个分子平均总碰撞截面为S＝Sj用图所示的简单模型来计 的碰撞截面设一个分子jmh0a，则一个分子的总碰撞截SSj2am1h0jNM M M、ρ、N0分别表示液体的分子量、密度、 阿佛 所以得 S N0S0mEChi

m1M

NAm1 式中i——AChiN0e由上图可知直链型碳氧化合物液体的击穿场强与（m－1）ρ/M成正比，与下图所示的实验结

0.2

(mMEb与m（二）

Mα为液体介质上一个电子沿电场方向行径单位距离平均发生α1/λ乘以电离几率eU0/U，即1eU0/U1eCh/ 式中U0——U——dA式

d

dA=

Ch/E elndAEb1/lnd，即液体介质层的厚度减薄时，击穿场强应增大。这E1D1E1D1UE2 E2 1并且气体中可以近似认为1E1108V/m关于气泡击穿理论目前由（一）Epo0如果E 108V/m，由于紧急表面不可能完全平整，会有微尖，电场在此集中0

jAE2eBE

pjE1051081013pu可近似地用下列半经验u式 n——代表空间电荷影响的常数，其值约为3/2～2之间.T0mTm并气化所需的热量为H式中c——液体比热；uH

nn 0Eb

T

lb由于A、、n不能精确地确定，只 看一般规律为：随着T0Ebb20℃，E5108bb70℃，E1108bbE1.3108b热化气的速度随T

22HH2C +C

n

m

C nC－H键（C－C键）断裂所致。10－2～10－4cm。在外电场作用下，由于水的价电常数很液体介质中液体介质中R表示

rr为c，则水桥形成的条件是相邻两椭圆水球 R2cRE0

图 m，则单位体积液体式中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重量浓度

0-4

12

理论 与实际更图5－20变压器油Eb与含水重量浓度m的关系 5－21变压器油工频击穿电压与温度的关1－计算结果2－实验结 1－干燥的油2－潮湿的

v见图r－3/2成正比的结果。（空间电荷的作用5－23。热击穿是由于电介质内部热的不稳定过程所成的。当固体电介质加上电场时，电介质中发生的在很大程度上与绝缘结构（（二）

图5－23

（三）复杂。下面先介绍最简单的热击穿理论，然后讨论均匀固体介质热击穿电压的确定。(一)热击穿理ababa、b之间，该介质有一处或几次的电阻比其周

图 热击穿模U 2Q10.24

0.24Ud

式中β——

Q2tt0d

γ与温度的关系，由式（4－57）tett0t0

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

14bc3a 14bc3a

图 发热与散热曲界电压，tc为热击穿的临界温度。5－25tQ1tcQ2tcdQ1 dQ2

dt dt t t （5－54（5－550.24U2S

etct0

tcd 0.24U2S

etct0c et0ρ0 0

2

对于玻璃、石英等较均匀的介质，理论显然就不适用了（二）d5－26所示，则只有右侧电极向如介质的导热系数为K，则单位时间内流经

UU2

UU2

Q＝K

其中负号表示热量向温度降低方向流动。单位时间 x＋dx

图5－26 ＝

dTdTdx

dx 散热、发热和，才能达到总的热平衡关系。单位面积、厚度为dx的体积中，发热量为cdTdxKddTdx＝E v 或

dxdxcdT

ddT＝

v

dxdx 一般情况下＝txE＝Etxγ＝（,K＝（因此方的求解是的。但考虑到介质材料通常是在长时间作用的交、直流电压或短时间的脉冲电压下工作的，所以可以近似化为两种情况来讨论方程式（5－1的求解问题，即 脉冲热击 当电场作用时间很短，以致导热过程可以忽略不计时，热平衡方程式cdT＝Ev

γ＝γ（E，TtEEct

式中Ec——热击穿场强；

cdEEc e-kTe-

式中0，——k——玻耳常数（5－64 tE2 e

TceTdTEctc0E

0Ec在环境温度不高时，β（＝/k）>>T0，Tc＞T03cT21 Ev

e

c 项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处，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——与材料有关的常数。lnU0clnA1

lnln011T 8KT2 0

e

8KT2 0

e

018KT2

0 0 0

e00g

f（5－77（1）热击穿电压与温度的关系对式（5－78）取对lg lgA 0001e0

+1+12+++

图5-271－热击穿电压2Tlglg0T0式

U0c

当所加电压为交变电压时，式（5－79）ρ为固体介质的有效电阻率。介质在交变电压下的有5－8