24、介电设计相关知识解析

介电设计相关知识解析

1. 介电设计概述

介电耐受能力和可靠性对于所有断路器的设计至关重要。断路器不仅要承受稳态工作电压产生的应力，还要承受由雷击或系统开关操作引起的瞬态过电压产生的应力。此外，绝缘部件必须设计成能够同样良好地承受机械和电气应力。

不同部件的绝缘特性应进行协调，以便在出现过高过电压时，闪络应通过线地路径在外部发生，而不是在断开的触头内部发生。而且，外部闪络应通过自恢复绝缘路径发生，在大多数情况下，这些路径是通过空气或六氟化硫（SF₆）。

介电设计的目标包括提供介电理论的基本回顾，展示如何在断路器的设计和应用中运用这些概念，以及回顾对固体绝缘进行的介电测量的重要性。同时，对绝缘材料特性的回顾将是未来设计的有价值工具。

断路器在闭合位置时，线地路径通过外部瓷柱或进线套管、操作杆和绝缘介质；在断开位置时，通过断开间隙的绝缘介质。

2. 介电理论基础

2.1 材料分类

用于电气应用的材料分为导电、绝缘（介电）和半导体三类。导电材料中电荷可自由移动，而绝缘体中电荷不能自由移动。实际上不存在完美的绝缘体，但这些材料的导电能力非常有限，在实际应用中可视为完美绝缘体。

2.2 电流流动原理

现代电磁理论认为，在介电材料中，束缚电子电荷而非自由电子导致电流流动。因此，在绝缘体中观察到的电流更像是位移电流而非传导电流。当在介电材料上施加非常高的电场时，大量电子可能会突然被激发到导带内的能量状态，导致通过介电材料的电流急剧增加，有时会导致局部熔化、燃烧或汽化，造成材料的不可逆降解甚至失效。

2.3 电场和电位

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