絕緣放電基本原理 絕緣介質 固體電介質的擊穿

高壓絕緣基本理論第一章第二章第三章第四章第五章電介質極化電介質電導電介質能量損耗及介質損失角正切液體電介質的擊穿固體電介質的擊穿影響固體電介質擊穿電壓的因素固體電介質的擊穿理論固體電介質的擊穿提高固體電介質擊穿電壓的方法01固體電介質的擊穿固體電介質的擊穿理論氣、固、液三種電介質中，固體密度最大，耐電強度最高?？諝獾哪碗姀姸纫话阍?—4kV/mm左右；液體的耐電強度在10—20kV/mm；固體的耐電強度在十幾—幾百kV/mm；固體電介質的擊穿過程最復雜，且擊穿后是不可恢復的絕緣。普遍規(guī)律：任何介質的擊穿總是從電氣性能最薄弱的缺陷處發(fā)展起來的，這里的缺陷可指電場的集中，也可指介質的不均勻性。固體電介質的擊穿固體電介質的擊穿理論1.固體電介質擊穿特性的劃分區(qū)域A：擊穿時間小于10μs的區(qū)域，此范圍內擊穿電壓隨擊穿時間的縮短而提高。類似于氣體介質擊穿的伏秒特性。區(qū)域B：擊穿時間在10~0.2μs范圍的區(qū)域，此范圍內擊穿電壓恒定，與時間無關這兩個區(qū)域內的擊穿都具有電擊穿的性質。區(qū)域C：擊穿電壓隨擊穿前時間的增加而明顯下降，具有熱擊穿的特點。區(qū)域D：C區(qū)以外A、B區(qū)：屬于電擊穿。C區(qū)：屬于熱擊穿。D區(qū)：為電化學擊穿、電老化，擊穿時間在幾十個小時以上，甚至幾年電工紙板的擊穿電壓與電壓作用時間的關系固體電介質的擊穿固體電介質的擊穿理論二、擊穿理論——（一）電擊穿理論機理：建立在碰撞電離基礎上，少量傳導電子，在電場加速下與晶格結點上的原子碰撞，最終導致擊穿。碰撞電離引起擊穿的兩種理論：固有擊穿理論——單位時間內傳導電子從電場獲得的能量與因碰撞而失去的能量不平衡，能量堆積（超過電離能）而引起擊穿。A(E,α,T0)=B(α,T0)A(E,α,T0)：電場作用下單位時間內電子獲得的能量B(α,T0)：電場作用下單位時間內電子碰撞損失的能量E：電場，α：標志電子的狀態(tài)因子，T0：晶格溫度電子崩擊穿理論——傳導電子由電場得到了可使晶格原子電離的能量，產生了電子崩，當電子崩發(fā)展到足夠強時（d足夠大），引起固體介質擊穿。固體電介質的擊穿固體電介質的擊穿理論電擊穿的特點時間影響：電壓作用時間短，擊穿電壓高。介質特性：如果介質內含氣孔或其它缺陷，對電場造成畸變，導致介質擊穿電壓降低。電場均勻度：電場的均勻程度影響極大。累積效應：在極不均勻電場及沖擊電壓作用下，介質有明顯的不完全擊穿現象，導致絕緣性能逐漸下降，稱為累積效應。介質擊穿電壓會隨沖擊電壓施加次數的增多而下降。無關因素：擊穿場強和介質溫度、散熱條件、介質厚度、頻率等因素都無關。擊穿理論——（二）熱擊穿理論機理：介質內部發(fā)熱和散熱的不平衡導致。介質溫度升高，引起介質分解、炭化，最終導致擊穿。特點：與電壓作用時間有關；與發(fā)熱和散熱條件有關；當電壓頻率增大時，擊穿電壓將下降。固體電介質的擊穿固體電介質的擊穿理論熱擊穿A范圍：擊穿電壓和介質溫度無關，屬于電擊穿性質。B范圍：溫度超過某臨界值后，擊穿電壓隨介質溫度的升高而下降，表明擊穿已涉及到明顯的熱過程。交變電壓下電瓷的擊穿電壓與溫度的關系固體電介質的擊穿固體電介質的擊穿理論熱擊穿的理論分析電壓：U1＞U2＞U3曲線1、2、3：電介質發(fā)熱量Q與介質中最高溫度tm的關系直線4：表示固體介質中最高溫度大于周圍環(huán)境溫度t時，散出的熱量Q與介質中最高溫度tm的關系。不同外施電壓下介質發(fā)熱散熱與介質溫度的關系固體電介質的擊穿固體電介質的擊穿理論曲線1：發(fā)熱永遠大于散熱，介質溫度將不斷升高，在電壓U1下最終必定發(fā)生熱擊穿。不同外施電壓下介質發(fā)熱散熱與介質溫度的關系固體電介質的擊穿固體電介質的擊穿理論曲線2：與直線4相切，U2為臨界熱擊穿電壓；tk為臨界熱擊穿溫度。不同外施電壓下介質發(fā)熱散熱與介質溫度的關系固體電介質的擊穿固體電介質的擊穿理論擊穿理論——（三）電化學擊穿理論機理：介質劣化的結果。局部放電使介質引起化學離解，形成樹枝狀通道，這些樹枝狀通道，隨時間推移不斷伸長，使絕緣進一步劣化，最終發(fā)展到整個電介質擊穿。特點：擊穿由絕緣性能下降引起，比電擊穿和熱擊穿電壓低，可以在工作電壓下發(fā)生。局部放電的后果放電過程產生的活性氣體O3、NO、NO2等對介質的氧化、腐蝕作用。放電過程有帶電粒子撞擊介質，引起局部溫升，加速介質氧化并使局部電導和介質損耗增大。帶電粒子的撞擊還可能切斷分子結構，導致介質破壞,局放對有機介質的影響尤為顯著。固體電介質的擊穿固體電介質的擊穿理論局部放電的后果放電過程產生的活性氣體O3、NO、NO2等對介質的氧化、腐蝕作用。放電過程有帶電粒子撞擊介質，引起局部溫升，加速介質氧化并使局部電導和介質損耗增大。帶電粒子的撞擊還可能切斷分子結構，導致介質破壞,局放對有機介質的影響尤為顯著。電介質的老化作為電氣設備絕緣用的固體及液體電介質，在長期運行中不可避免地會產生各種物理和化學變化，從而使其性能隨時間的增長而逐漸劣化，其電氣及機械強度降低，介質損耗及電導增大等等，這一現象稱為電介質的老化。引起電介質老化的因素很多，主要有熱的作用、電的作用、機械力的作用以及水分、氧氣等的作用。固體電介質的擊穿固體電介質的擊穿理論1、電老化110kV變壓器電容式套管電容芯子上的絕緣劣化水樹枝由絕緣材料內部的局部放電引起的老化稱為電老化。在局部放電過程中形成的氧化氮、臭氧等對絕緣將產生氧化和腐蝕作用，使固體電介質的絕緣劣化；同時，游離產生的帶電質點對絕緣介質的撞擊也將對絕緣產生破壞作用。另外，局部放電產生時，介質局部溫度上升，使介質加速氧化，并使局部電導和介質損耗增加，嚴重時，甚至出現局部燒焦現象.固體電介質的擊穿固體電介質的擊穿理論有機絕緣材料的樹老化樹老化類型：電樹老化和水樹老化樹老化的原因電離性老化：該氣隙或氣泡內容易發(fā)生電離。氣隙或氣泡的電離，造成鄰近絕緣物的分解、破壞(表現為變酥、炭化等形式)，并沿電場方向逐漸向絕緣層深處發(fā)展，在有機絕緣材料中會呈樹枝狀發(fā)展，稱作“電樹枝”電導性老化：在兩電極之間的絕緣層中存在液態(tài)導電物質(例如水)，當該處場強超過某定值時，該液體會沿電場方向逐漸深入到絕緣層中，形成近似樹枝狀的痕跡，稱作“水樹枝”固體電介質的擊穿固體電介質的擊穿理論樹枝老化的一般形狀Tree-like樹枝狀Bush-like灌木叢狀chestnut-like栗子狀固體電介質的擊穿固體電介質的擊穿理論電介質中的樹枝老化固體電介質的擊穿固體電介質的擊穿理論固體電介質樹枝擊穿固體電介質的擊穿固體電介質的擊穿理論2、熱老化電介質在熱的長期作用下發(fā)生化學反應，從而使其電氣性能和其它性能逐漸變差，這一現象稱為熱老化。ＳＨＰＶＣ絕緣材料在１２０℃下不同時間的變化（熱老化實驗）固體電介質的擊穿固體電介質的擊穿理論耐熱性電介質的工作溫度是由電介質的耐熱性決定的。電介質的耐熱性是指保證其運行安全可靠時能承受的最高允許溫度。耐熱性分以下兩種：短時耐熱性熱劣化與長期耐熱性固體電介質的擊穿固體電介質的擊穿理論電介質的耐熱等級耐熱等級最高持續(xù)工作溫度℃最高耐受溫度℃O90A105150E120175B130185F155210H180235C220260固體電介質的擊穿固體電介質的擊穿理論固體電介質的擊穿固體電介質的擊穿理論材料的使用溫度若超過規(guī)定溫度，則劣化加速。使用溫度越高，壽命越短。對A級絕緣材料，使用溫度若每超過規(guī)定溫度8℃，則其壽命大約縮短一半，稱8℃規(guī)則；對B級絕緣材料，此溫度約為10℃；對H級絕緣材料，此溫度約為12℃左右。變壓器繞組溫度與材料壽命影響固體電介質擊穿電壓的因素固體電介質的擊穿理論固體電介質的擊穿提高固體電介質擊穿電壓的方法01固體電介質的擊穿影響固體電介質擊穿電壓的因素電壓作用時間、溫度、電場均勻程度、電壓種類、累積效應、受潮、機械負荷、二次效應如空間電荷等。常用固體電介質的工頻電氣強度與加壓時間的關系1—聚乙烯2－聚四氟乙烯3－黃蠟布4－硅有機玻璃云母帶固體電介質的擊穿影響固體電介質擊穿電壓的因素（2）溫度小于t0時，屬于電擊穿當溫度超過t0值時，溫度越高，散熱條件越差，擊穿電壓越低，此時屬于熱擊穿。t0稱為轉折溫度。固體電介質的擊穿影響固體電介質擊穿電壓的因素（3）電場均勻程度均勻電中，擊穿電壓較高，而且擊穿電壓隨介質厚度的增加呈線性關系上升；不均勻電場中，擊穿電壓不隨介質厚度的增加呈線性上升可能會出現熱擊穿，因此介質厚度達到一定程度后，厚度再增加對提高擊穿電壓意義不大。固體電介質的擊穿影響固體電介質擊穿電壓的因素（4）電壓種類直流擊穿電壓：高于工頻交流擊穿電壓，因為僅有電導損耗。工頻交流擊穿電壓：高于高頻交流擊穿電壓，因為極化損耗高。沖擊擊穿電壓：高于工頻交流擊穿電壓。油浸電工紙板與加壓時間的關系（2