[發明專利]一種利用路徑無關的積分來判斷導體尖端前的介質被擊穿的方法

在審

• 申請號: 201910462105.1
• 申請日: 2019-05-30
• 公開（公告）號: CN112100791A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 施偉辰;張奇;吳姜瑋;侯丹
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種利用路徑無關的積分來判斷導體尖端前的電介質是否被擊穿的判定方法，其特征在于：提出了一種來自守恒積分(路徑無關的積分)的物理量(見式1)；通過實驗測試來得到導體尖端前介質被擊穿的臨界閾值Kc；當守恒積分的物理量K大于臨界閾值Kc時，導體尖端前的介質將會被擊穿；所述的具有守恒積分的物理量K的表達式為其中，不但圍繞尖端的積分路徑是任意的，而且在尖端上下面上的積分的起始點(x_1a,x_2a)和終點(x_1b,x_2b)的選擇也是任意的。本發明具有可行和便利性的優點。

技術領域

本發明涉及電磁場的技術領域，特指一種利用路徑無關的積分來判斷導體尖端前的介質被擊穿的方法。

技術背景

電介質被擊穿是在強電場作用下，導體周邊電介質喪失電絕緣能力的現象。研究電介質被擊穿有非常重要的意義和作用：

1、電介質的基本電性能參數之一，代表了電介質在電場作用下保持絕緣狀態的極限能力。

2、絕緣損壞是造成電力設備、電力系統事故的主要因素，約占70％。

3、高場強的應用越來越多，如電子器件，電壓不高場強高，高場強問題多。

4、擊穿過程中，有電流倍增效應，以及光、熱、機械力的作用，在工程應用技術中，有廣闊的應用前景。如超薄電視機就是氣體放電——引起熒光物質發光。

目前對于電擊穿也發展出了許多以電磁場技術為基礎的電介質被擊穿理論。氣體介質擊穿理論有湯遜理論、流注理論，固體介質擊穿也有本征電擊穿、碰撞電離雪崩擊穿、隧道效應擊穿等模型。

在同一帶電導體上，與平滑部位相比，其尖端部位面電荷密度較大，尖端附近的電場強度較強，且容易由尖端向周圍空氣或鄰近的接地體放電的現象。在帶電導體尖端的強電場作用下，其附近空氣中殘存的離子發生激烈運動，并與空氣分子猛烈碰撞，使空氣分子電離，產生大量正，負離子。這些離子在電場作用下，又與其它空氣分子碰撞井使其電離，如此循環就形成了尖端放電。

在導體的帶電量及其周圍環境相同情況下，導體尖端越尖，尖端效應越明顯。這是因為尖端越尖，曲率越大，面電荷密度越高，其附近場強就越強的緣故。

目前已經有多種測量電介質被擊穿的儀器設備。應用這些儀器設備的測量工作很類似機械破壞的強度問題的材料許用應力的確定。然而，應用實驗測量的方法判斷導體尖端前物質是否被擊穿時，尖端的錐頂角的不同，其場強是不同的。若把導體尖銳尖端看成一個錐面及其錐頂，那么當導體錐頂角趨于零時，則導體退化的如同有針尖的導體針。細長的導體針尖前的物質被電場擊穿，就類似于機械破壞的細長裂紋擴展；而當導體錐頂角取任意值時，則錐頂前的物質被電場擊穿類似于機械破壞的切口問題。對于機械破壞的裂紋和切口問題，都已經有廣泛的研究。

本專利把機械切口應力場的方法推廣到平面電場的研究，發展了新的守恒積分。當導體錐頂角取任意值時，其頂角前的介質的電場任然滿足調和方程。本專利的特點是，克服了以前對于幾何形狀的突變而無法判斷的缺陷，所發明的一種利用路徑無關的積分來判斷導體尖端前的物質是否被擊穿的方法，具有可行和便利性。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本專利發明一種利用路徑無關的積分來判斷導體尖端前的電介質是否被擊穿的判定方法，其特征在于：提出了一種確定場強因子K的守恒積分；通過實驗測試，可得到導體尖端前的介質被擊穿的臨界閾值Kc；當場強因子K大于臨界閾值Kc時，導體尖端前的介質將會被擊穿。

一種利用路徑無關的積分來判斷導體尖端前的介質被擊穿的方法，其特征在于：所述的來自守恒積分的場強因子K的表達式為