高电压是技术ppt课件.ppt

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1、当施加于电介质的电场增大到相当强时，电介质的电导就不服从欧姆定律了，实验表明，电介质在强电场下的电流密度按指数规律随电场强度增加而增加，当电场进一步增强到某个临界值时，电介质的电导突然剧增，电介质便由绝缘状态变为导电状态，这一跃变现象称为电介质的击穿。3.3固体电介质的击穿1介质发生击穿时，通过介质的电流剧烈地增加，通常以介质伏安特性斜率趋向于∞作为击穿发生的标志（见图3-12）。发生击穿时的临界电压称为电介质的击穿电压，相应的电场强度称为电介质的击穿场强。图3-12电介质击穿时的伏安特性2与气体、液体介质相比，固体介质的击穿场强较高，但固体介质击穿后材料中留下有不能恢复

2、的痕迹，如烧焦或熔化的通道、裂缝等，即使去掉外施电压，也不象气体、液体介质那样能自行恢复绝缘性能。固体电介质的击穿中，常见的有热击穿、电击穿和不均匀介质局部放电引起击穿等形式。3图3-13固体电介质击穿场强与电压作用时间的关系电介质击穿场强与电压作用时间的关系及不同击穿形式的范围示于图3-13。41.热击穿热击穿是由于电介质内部热不稳定过程所造成的。当固体电介质加上电场时，电介质中发生的损耗将引起发热，使介质温度升高。电介质的热击穿不仅与材料的性能有关，还在很大程度上与绝缘结构（电极的配置与散热条件）及电压种类、环境温度等有关，因此热击穿强度不能看作是电介质材料的本征特性

3、参数。52.电击穿电击穿是在较低温度下，采用了消除边缘效应的电极装置等严格控制的条件下，进行击穿试验时所观察到的一种击穿现象。电击穿的主要特征是：击穿场强高；在一定温度范围内，击穿场强随温度升高而增大，或变化不大。均匀电场中电击穿场强反映了固体介质耐受电场作用能力的最大限度，它仅与材料的化学组成及性质有关，是材料的特性参数之一，所以通常称之为耐电强度或电气强度。63.不均匀电介质的击穿不均匀电介质击穿是指包括固体、液体或气体组合构成的绝缘结构中的一种击穿形式。与单一均匀材料的击穿不同，击穿往往是从耐电强度低的气体开始，表现为局部放电，然后或快或慢地随时间发展至固体介质劣化

4、损伤逐步扩大，致使介质击穿。73.3.1固体电介质的热击穿3.3.2固体电介质的电击穿3.3.3不均匀电介质的击穿由于实际固体介质击穿还伴随有机械、热的、化学的等复杂过程，因而至今还没有建立起可以满意地解释所有击穿现象的理论，但是已经有了一些能够较好说明部分现象的理论，以下将分别加以讨论。返回83.3.1固体电介质的热击穿瓦格纳的热击穿模型如图3-14所示。假设固体介质置于平板电极a、b之间，该介质有一处或几处的电阻比其周围小得多，构成电介质中的低阻导电通道。1.瓦格纳热击穿理论图3-14瓦格纳热击穿模型9如通道的横截面积为S，长度为d，电导率为，当加上直流电压U后，电流

5、便主要集中在这导电通道内，则每秒钟内导电通道由于电流通过而产生的热量为图3-14瓦格纳热击穿模型(3-28)10每秒钟内由导电通道向周围介质散出的热量与通道长度d，通道平均温度T与周围介质温度T0的温度差(T﹣T0)成正比，即散热量为式中，——散热系数。电介质导电通道的电导率与温度的关系，为式中，——导电通道在温度T0时的电导率；——温度系数。(3-29)(3-30)11由上可知，是温度的函数，所以发热量Q1也是温度的函数，因此对于不同的电压U值，Q1与T的关系是一簇指数曲线（图3-15），曲线1、2、3分别为在电压U1、U2、U3（U1＞U2＞U3）作用下，介质发热量与

6、介质导电通道温度的关系。图3-15发热与散热曲线12图3-15发热与散热曲线从图3-15可看出：曲线1（电压为U1时）高于曲线4，固体介质内发热量Q1总是大于散热量Q2，在任何温度下都不会达到热平衡，电介质的温度将不断地升高，最后导致介质热击穿。13图3-15发热与散热曲线曲线3（电压为U3时）与曲线4有两个交点Q1=Q2。由于发热量等于散热量，此两点称为热平衡点，a点是稳定的热平衡点，b点是不稳定的热平衡点。因而电介质被加热到通道温度为ta就停留在热稳定状态。14曲线2（电压为U2时）与曲线4相切，切点c是一个不稳定的热平衡点。因为当导电通道温度t＜tc时，电介质发热量

7、大于散热量，温度将上升到tc；而当t＞tc时，发热量也大于散热量，导电通道的温度将不断上升，导致热击穿。图3-15发热与散热曲线15相应于切点c的热击穿临界电压图3-15发热与散热曲线(3-31)可见，曲线2是介质热稳定状态和不稳定状态的分界线，所以电压U2确定为热击穿的临界电压，tc为热击穿的临界温度。162.均匀固体电介质热击穿电压的确定考虑到介质材料通常是在长时间的交、直流电压或短时间作用的脉冲电压下工作的，所以可以近似化为两种极端情况来讨论此类方程式的求解问题：电压作用时间很短，散热来不及进行的情况，称这种情况下的击穿