固體介質(zhì)的擊穿

高電壓技術(shù)重慶電力高等專科學(xué)校劉赟副教授重慶電力高等?？茖W(xué)校1.4固體絕緣材料及其擊穿特性學(xué)習(xí)情境一絕緣介質(zhì)電氣性能及擊穿過程子情境1.1絕緣材料的電氣性能子情境1.2氣體絕緣材料及其擊穿特性子情境1.3液體絕緣材料及其擊穿特性子情境1.4固體絕緣材料及其擊穿特性重慶電力高等?？茖W(xué)校1.4固體絕緣材料及其擊穿特性1.4.2玻璃子情境1.4固體絕緣材料及其擊穿特性1.4.1云母

1.4.3陶瓷1.4.4

合成樹脂1.4.5固體電介質(zhì)的擊穿1.4.6電介質(zhì)的老化固體絕緣材料固體絕緣材料重慶電力高等?？茖W(xué)校【學(xué)習(xí)任務(wù)】1.了解固體絕緣材料的分類2.熟悉常見固體絕緣材料特性3.了解固體絕緣材料用途1.4固體絕緣材料及其擊穿特性1.4.5固體電介質(zhì)的擊穿重慶電力高等?？茖W(xué)?！緦W(xué)習(xí)任務(wù)】了解固體電介質(zhì)的擊穿機(jī)理，了解影響固體電介質(zhì)擊穿電壓的因素，能正確運(yùn)用提高固體電介質(zhì)擊穿電壓的方法。1.4固體絕緣材料及其擊穿特性電力系統(tǒng)中一些電氣設(shè)備常用固體介質(zhì)作為絕緣和支撐材料。在氣、固、液三種電介質(zhì)中，固體材料密度最大，耐電強(qiáng)度也最高?？諝獾哪碗姀?qiáng)度一般在3KV/mm~4KV/mm左右，液體的耐電強(qiáng)度在10KV/mm~20KV/mm；而固體的耐電強(qiáng)度在十幾至幾百KV/mm。1.4.5固體電介質(zhì)的擊穿固體電介質(zhì)擊穿后，出現(xiàn)燒焦或熔化的通道、裂縫等，即使去掉外施電壓，也不象氣體、液體介質(zhì)那樣能自己恢復(fù)絕緣性能。1.4.5固體電介質(zhì)的擊穿1、電擊穿固體電介質(zhì)的擊穿與氣體電介質(zhì)的擊穿類似，是以碰撞游離為基礎(chǔ)的，認(rèn)為在強(qiáng)電場作用下，固體電介質(zhì)中存在的少量自由電子積聚足夠的動能后，與中性原子發(fā)生碰撞并使其游離，產(chǎn)生電子崩，從而引起擊穿。電擊穿特點(diǎn)：擊穿電壓高，擊穿時(shí)間短；擊穿前介質(zhì)發(fā)熱不顯著；擊穿電壓與電場的均勻程度有關(guān)，而與周圍環(huán)境溫度無關(guān)。固體電介質(zhì)的擊穿機(jī)理：2、熱擊穿當(dāng)固體電介質(zhì)受到電壓作用時(shí)，由于介質(zhì)中發(fā)生損耗引起發(fā)熱。當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)介質(zhì)發(fā)出的熱量大于散發(fā)的熱量時(shí)，介質(zhì)的溫度升高。而介質(zhì)的電導(dǎo)具有正的溫度系數(shù)，即溫度越高，電導(dǎo)越大，這就使泄漏電流進(jìn)一步增大，損耗發(fā)熱也隨之增大，最后溫升過高，導(dǎo)致絕緣性能完全喪失，介質(zhì)即被擊穿。熱擊穿特點(diǎn)：擊穿電壓相對較低，擊穿時(shí)間也相對較長；擊穿前介質(zhì)發(fā)熱顯著，溫度較高；與電壓作用時(shí)間、周圍環(huán)境溫度、散熱條件等關(guān)系密切。固體電介質(zhì)的擊穿機(jī)理：3、電化學(xué)擊穿電氣設(shè)備在運(yùn)行了很長時(shí)間后（數(shù)十小時(shí)甚至數(shù)年），運(yùn)行中絕緣受到電、熱、化學(xué)、機(jī)械力作用，絕緣性能逐漸劣化，這種現(xiàn)象稱為老化。由于絕緣的老化而最終導(dǎo)致的電擊穿或熱擊穿稱為電化學(xué)擊穿。固體電介質(zhì)的擊穿機(jī)理：影響固體電介質(zhì)擊穿電壓的因素時(shí)間短時(shí)間長電擊穿熱擊穿起決定作用電熱聯(lián)合作用較大范圍內(nèi)擊穿電壓與作用時(shí)間無關(guān)電壓作用時(shí)間越長，擊穿電壓越低1、電壓作用時(shí)間1-66t<t0：

Ub很高，且與t無關(guān)（屬電擊穿)；t>t0：t越高，Ub↓(屬熱擊穿)

應(yīng)加強(qiáng)絕緣散熱。影響固體電介質(zhì)擊穿電壓的因素2、溫度1-67在均勻電場中，擊穿電壓隨介質(zhì)厚度的增加而線性增加；在不均勻電場中，介質(zhì)厚度越大，電場越不均勻，擊穿電壓不再直線上升。當(dāng)介質(zhì)厚度增加到散熱困難出現(xiàn)熱擊穿時(shí)，繼續(xù)增加介質(zhì)厚度就沒有意義了。影響固體電介質(zhì)擊穿電壓的因素3、電場均勻程度沖擊擊穿電壓＞工頻擊穿電壓直流擊穿電壓＞工頻擊穿電壓影響固體電介質(zhì)擊穿電壓的因素4、電壓種類固體介質(zhì)在沖擊電壓作用下，有時(shí)雖未形成貫穿的擊穿通道，但已在介質(zhì)中形成局部放電或不完全擊穿，由于固體絕緣的損傷是不可恢復(fù)性損傷，在多次沖擊或工頻試驗(yàn)電壓下，一系列的不完全擊穿得以逐步發(fā)展，從而導(dǎo)致?lián)舸╇妷合陆档默F(xiàn)象，稱為固體介質(zhì)的“累積效應(yīng)”。隨著施加沖擊或工頻試驗(yàn)電壓次數(shù)的增加，固體介質(zhì)的擊穿電壓將下降。所以在確定電氣設(shè)備試驗(yàn)電壓和試驗(yàn)次數(shù)時(shí)應(yīng)注意累積效應(yīng)。影響固體電介質(zhì)擊穿電壓的因素5、累積效應(yīng)固體介質(zhì)受潮后，其電導(dǎo)率和介質(zhì)損耗均迅速增大，擊穿電壓也大幅降低。對不易吸潮的介質(zhì)，如聚乙烯、聚四氟乙烯等，受潮后擊穿電壓可下降一半左右；對容易吸潮的介質(zhì)，如棉紗、紙等，吸潮后的擊穿電壓可能僅為干燥時(shí)的百分之幾或更低。所以高壓電氣設(shè)備在制造過程中要注意除去絕緣中的水分，運(yùn)行過程中要注意防潮，并定期檢查絕緣的受潮程度。影響固體電介質(zhì)擊穿電壓的因素6、受潮三芯電纜鎧裝電纜安裝后彎曲半徑10D16D固體電介質(zhì)在使用時(shí)可能受到機(jī)械負(fù)荷的作用，使介質(zhì)發(fā)生裂縫，其擊穿電壓顯著下降。影響固體電介質(zhì)擊穿電壓的因素7、機(jī)械負(fù)荷提高固體電介質(zhì)擊穿電壓的方法1、改進(jìn)制造工藝盡可能地清除固體電介質(zhì)中殘留的雜質(zhì)、氣泡、水分等，使介質(zhì)盡可能均勻致密。這可通過精選材料、改善工藝、真空干燥、浸絕緣油或漆等方法來達(dá)到。環(huán)氧樹脂真空澆注罐1、改進(jìn)制造工藝提高固體電介質(zhì)擊穿電壓的方法2、改進(jìn)絕緣設(shè)計(jì)采用合理的絕緣結(jié)構(gòu)，使各部分的絕緣強(qiáng)度與其所承擔(dān)的場強(qiáng)有適當(dāng)?shù)呐浜?，改善電極形狀及表面光潔度，盡可能使電場分布均勻，改善電極與電介質(zhì)的接觸狀態(tài)，消除接觸處的氣隙或使接觸處的氣隙不承受電位差。變壓器絕緣結(jié)構(gòu)