
變壓器油
在(zài)外界的條件下,介質由絕緣狀(zhuàng)態變為良導電狀態的過程,稱為介質擊穿。在常溫、常壓條件下,電介質的帶電粒子被原子、分子的內力或者分子(zǐ)間的作用(yòng)力緊密(mì)束縛著,它們或者是正(zhèng)負抵消、或者因為排列雜亂無章,宏觀上沒有表現出導電性,即電介質具有很好的絕緣性,常用作電氣絕緣。但當外界條件發生變化,其絕緣性能將不會一(yī)直保持(chí)不變。在(zài)電場(chǎng)的作用下,電介質的內部結構將會(huì)發生變化,當然當電場強度較小時仍表現出很(hěn)好的絕緣性,但當外(wài)部電場場強達到相當大時,電介質(zhì)的導電能力會突然劇增,此時(shí)電介質內部結構受到破壞,帶(dài)電粒子在躍遷、碰撞、複合中產生大量的載流子並向外輻射能量,宏觀上電介質已經由絕(jué)緣(yuán)狀態變為導電狀態,即電介質被擊穿(chuān)。不同的(de)電(diàn)介質因為聚合狀態不一樣,表現出(chū)的絕(jué)緣性能有(yǒu)所差別,其擊穿場強和擊穿過程(chéng)也有(yǒu)所(suǒ)不同。一(yī)般而言氣體介質(zhì)、液體介質和固體介質的擊穿場強依次增大。
對於氣體介質而言,在常溫、常壓下因缺少導電載流子而表現出(chū)良好的絕緣性。但在光、熱,電(diàn)的環境之下,由於光電離、熱電離(lí)、碰撞電離以及分級電離等(děng)作(zuò)用,其絕(jué)緣性能會發生變化,電子獲得足夠的能量脫離原子核束縛成為自由電子,原子核因缺少電子(zǐ)導致空穴的產生形成正離子。這些自由電子和正(zhèng)離子一起組成載流子在外電場(chǎng)的作用下(xià)定向遷移使得氣體介質產生一定程度的電導。電場強度很小時,氣體的電(diàn)流密度與所加的(de)電場強度(dù)成正比,氣體導電遵守歐姆定(dìng)律;增強電場強度,氣體電流也隨之增加,但(dàn)仍(réng)然表現出很好的絕緣性;當外加電場(chǎng)強度增加到一定值(zhí)時,氣體所產生的新載流子在電場作用下迅(xùn)速(sù)跑到電極(jí)附近進行複合,因為缺(quē)少更多(duō)的載流子參與(yǔ)導電(diàn),電流將出現飽和,在一定範(fàn)圍內增加(jiā)場強,電流不(bú)再增大,絕緣性能也不(bú)會遭到破壞;繼續增加電(diàn)場強度超過(guò)某一值(擊穿場強),氣體電流不再穩定,而是急劇上升,這是(shì)由於(yú)氣體中的導電載流子特別是自由電子(zǐ)受(shòu)到電場的作(zuò)用而加速,得到足夠的能量,遷移的過程(chéng)中與氣體的其它分子發生碰撞並致使後(hòu)者(zhě)電離,產生更多的載(zǎi)流子參(cān)與導(dǎo)電,電流在(zài)這種連鎖反應效應下(xià)急劇增加,最後導致氣(qì)體被擊穿。氣(qì)體被擊穿導電的(de)現象被稱為氣體放電,放電時除電(diàn)流激增之外,通常還伴隨熱、光等現象。氣體放電主(zhǔ)要分為輝光放電、電弧放電和電(diàn)暈放電三種。
液(yè)體擊穿理論觀點概括分為電子碰撞電離和氣(qì)泡(pào)擊穿兩類。在熱發射或陰極輻射等作用下,液體電介質會產生一些初始電子。當液體處於高壓電場環境時,這些電子在電場中(zhōng)獲得能量被加速,在(zài)運動過(guò)程中(zhōng)與液體分子發生碰撞,碰撞時把能量傳給液(yè)體分子。當(dāng)電場不是很大時,液體介質(zhì)的絕緣性能不(bú)會受(shòu)到(dào)影響;但當電場足夠大時,即滿(mǎn)足由於電場的作用使得在(zài)碰撞中電子給液體分子的能量足以讓(ràng)液體分子電離,而且電子(zǐ)在相鄰兩次(cì)碰撞間從電場中獲得的能量大(dà)於液體分子電(diàn)離所需(xū)能(néng)量的條件時,電子數目因為碰撞、電離迅速增加(jiā),產生倍增效應,短時間(jiān)內導致(zhì)液體電介質被擊穿。氣(qì)泡(pào)擊穿理論則是指:在電場的作用下,電子加速獲得能量(liàng)與(yǔ)液體分子碰撞,碰撞過程(chéng)中產生的(de)能(néng)量致使液體的溫度升高而分解產生氣體,產(chǎn)生的氣(qì)體形成氣泡在電場的作用下電離產生高能量電子並伴隨能量的釋放,這將會(huì)促使氣體體(tǐ)積膨脹,液體分子進一步分解產生氣(qì)體,氣泡因此不斷擴大並最終導致液體介質被擊穿。液體介質被擊穿,往往會(huì)伴隨能量的釋放並有新的生(shēng)成物出現。
固體介質不容易(yì)被擊穿,但在強電場的環境下,固體介質(zhì)的導帶(dài)可能因熱發射或者場致發射而產生一些導電電子,這些導電電子在電場作用下加速運動,在運動過程中與晶格相互作用並把電場能量傳遞給晶格,晶格因為獲得能量(liàng)而產生振動。如(rú)果電子從電場中獲得的能量大於傳遞給晶格振動的能量,電(diàn)子的(de)動能就(jiù)會越(yuè)來越大。當電子的動能大到一定(dìng)值時,電子與晶格振動的相互作用會激(jī)發晶格電離,產生(shēng)新的導電(diàn)電子,電子數目在(zài)短時間內迅速增加,固體介質因為電子數目的倍增(zēng)效應很容易被(bèi)擊穿。此外,如果固體介質中的產生的熱量來不及散失將會引起局部區域溫度不斷升高,同樣會導致固體介質被擊穿。