《高电压技术系列》-- 固体、液体和组合绝缘的电气强度

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1、第四章固体、液体和组合绝缘的电气强度★三态电介质的耐电特性√普遍规律：任何介质的击穿总是从电气性能最薄弱的缺陷处发展起来的，这里的缺陷可指电场的集中，也可指介质的不均匀性。√击穿特性：●一般情况下，在气、固、液三种电介质中，固体密度最大，耐电强度也最高。●固体电介质的击穿过程最复杂，且击穿后是唯一非自恢复的绝缘。1√电气强度：?●空气：一般在30～40kV/cm?●液体：一般在100～200kV/cm?●固体：一般几百～几千kV/cm2§4-1固体电介质击穿的机理在电场的作用下，固体介质的击穿可能因电过程、热过程和电化学过程而引

2、起。实际电气设备中的固体介质击穿过程是错综复杂的，它不仅取决于介质本身的特性，还与绝缘结构型式、电场均匀性、外加电压波形和加电压时间以及工作环境（周围媒质的温度及散热条件）等多种因素有关，因此要用多种理论来说明其击穿过程。常用的有机绝缘材料在工作电压作用下，会产生电离、老化等过程，从而使其电气强度大幅度下降。因此，对这类绝缘材料或绝缘结构，不仅要注意其短时耐电特性，而且要重视它们在长期工作电压作用下的耐电性能。3√固体电介质击穿特性的划分（四个区域）?●区域A：<10μs，电击穿●区域B：10μs～0.2s，电击穿?●区域C：>0

3、.2s，热击穿?●区域D：数十小时，电化学击穿电工纸板的击穿电压与电压作用时间的关系4一、电击穿电击穿的建立：电击穿理论是建立在固体电介质中发生碰撞电离基础上的，固体电介质中存在的少量传导电子，在电场加速下与晶格结点上的原子碰撞电离，传导电子数迅速增多，引起电子崩，从而击穿。在介质的电导（或介质损耗）很小、又有良好的散热条件以及介质内部不存在局部放电的情况下，固体介质的击穿通常为电击穿，其击穿场强可达105~106kV/m，比热击穿时的击穿场强高很多，后者仅为103~104kV/m。固体介质的电击穿是指仅仅由于电场的作用而直接使介

4、质破坏并丧失绝缘性能的现象。5√电击穿的影响因素●时间影响：电压作用时间短，击穿电压高。●介质特性：如果介质内含气孔或其它缺陷，对电场造成畸变，导致介质击穿电压降低。●电场均匀度：电场的均匀程度影响极大。●累积效应：在极不均匀电场及冲击电压作用下，介质有明显的不完全击穿现象，不完全击穿导致绝缘性能逐渐下降的效应称累积效应。介质击穿电压会随冲击电压施加次数的增多而下降。●无关因素：电击穿电压和介质温度、散热条件、介质厚度、频率等因素都无关。6二、热击穿√热击穿的发展过程：热击穿是由于固体介质内热不稳定过程造成的。当固体介质较长期地承

5、受电压的作用时，会因介质损耗而发热，与此同时也向周围散热，如果周围环境温度低，散热条件好，发热与散热将在一定条件下达到平衡，这时固体介质处于热稳定状态，介质温度不会不断上升而导致绝缘的破坏。但是，如果发热大于散热，介质温度将不断上升，导致介质分解、熔化、炭化或烧焦，从而发生热击穿。7√热击穿的击穿电压与温度关系显著?●在B范围内：热击穿，击穿电压随温度增加而下降。?●在A范围内：电击穿，击穿电压和介质温度无关。8√热击穿的理论分析?●电介质发热曲线1,2,3对应于电压U1＞U2＞U3●直线4散出的热量Q与介质中温度tm的关系9?●

6、称ta为稳定热平衡点●称tb为不稳定热平衡点10√热击穿的特点●受周围媒质温度的影响：t0升高热击穿电压下降。●与绝缘厚度的关系：热击穿电压随绝缘厚度的增加而降低。●导热系数、散热系数增大，击穿电压上升。●f或tanδ增大会造成发热增加，使曲线1、2、3上移，临界击穿电压下降。11三、电化学击穿√电化学击穿的概念固体介质在长期工作电压的作用下，由于介质内部发生局部放电等原因，使绝缘发生不可逆劣化、电气强度逐步下降并引起击穿的现象称为电化学击穿。在临近最终击穿阶段，可能因劣化处温度过高而以热击穿形式完成，也可以因介质劣化后电气强度下

7、降而以电击穿形式完成。12√局部放电使介质劣化、损伤、电气强度下降的主要原因：●放电过程产生的活性气体O3、NO、NO2等对介质产生氧化和腐蚀作用。●放电过程有带电粒子撞击介质，引起局部温度上升、加速介质氧化并使局部电导和介质损耗增加。●带电粒子的撞击还可能切断分子结构，导致介质破坏。13√电化学击穿电压的大小与加电压时间的关系非常密切，但也因介质种类的不同而异。一般来说，无机绝缘材料耐局部放电的性能较好。14§4-2影响固体电介质击穿电压的因素●电压作用时间●温度的影响●电场均匀度和介质厚度的关系●电压频率的影响●受潮度的影响●

8、机械力的影响●多层性的影响●积累效应的影响15§4-3提高固体电介质击穿电压的方法√改进绝缘设计●采用合理的绝缘结构，使各部件绝缘的耐电强度与其承担的场强有适当的配合。●对多层性绝缘结构，可充分利用中间多层电容屏的均压作用。●改善电极形状及表面光洁