高电压课件 第8讲 液体固体电介质特性（三）

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1、高电压技术1气、固、液三种电介质中，耐电强度依次为：空气：一般在3—4kV/mm左右；液体：10—20kV/mm；固体：十几—几百kV/mm固体电介质的击穿过程最复杂，且击穿后是唯一不可恢复的绝缘普遍规律：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2.3固体电介质的击穿2固体击穿特性固体介质击穿电压与时间变化曲线3一、固体电介质的击穿过程固体电介质击穿特性的划分：区域A：击穿时间小于10s的区域，此范围内击穿电压随击穿时间的缩短而提高。区域B：击穿时间在100.2S范围的区域，击穿电压恒定。这两个区域内的击穿都具有电击穿的性质

2、区域C：击穿电压随击穿前时间的增加明显下降，具有热击穿的特点区域D：C区以外电工纸板的击穿电压与电压作用时间的关系A、B区：属于电击穿;C区：属于热击穿D区：为电化学击穿、电老化，击穿时间在几十个小时以上，甚至几年4电击穿理论：基础是发生碰撞电离，类似于气体汤逊理论和液体电击穿理论；热击穿理论：介质内部热不平衡；电化学击穿理论：电介质受电、热、化学和机械力的长期作用。二、固体介质击穿理论5机理：建立在碰撞电离基础上，少量传导电子，在电场加速下与晶格结点上的原子碰撞，最终导致击穿（一）电击穿理论时间影响：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

3、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，导致绝缘性能逐渐下降，称为累积效应。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碰撞电离引起击穿的两种理论固有击穿理论——单位时间内传导电子从电场获得的能量与因碰撞而失去的能量不平衡，能量堆积（超过电离能）而引起击穿电子崩击穿理论——传导电子由电场得到了可使晶格原子电离的能量，产生了电子崩，当电子崩发展到足够强时（d足够大），引起固体介质击穿7（二）热击穿理论机理：介质内部发热和散热的不平衡导致。电导

4、电流和介质极化引起介损，使介质发热，而电导率随温度升高急剧增大，损耗发热进一步增加。如果发热量大于散热量，介质温度不断升高，将引起介质分解、炭化，最终导致击穿。特点：击穿电压随环境温度的升高按指数规律降低；①与电压作用时间有关；②与发热和散热条件有关；如介质厚度大，散热困难；③当电压频率增大时，击穿电压将下降。8机理：介质劣化的结果。介质的局部缺陷区域发生局部放电，这种放电并不立即形成贯穿性通道（不完全击穿），它使介质引起化学离解，形成树枝状通道，这些树枝状通道随时间推移不断伸长，使绝缘进一步劣化，最终发展到整个电介质击穿。特点：电化学击穿由绝缘性能下降引起，因此击穿电压比电击穿和热击穿

5、电压低，不发生在很高电压下，而是在较低电压下甚至是工作电压下发生（3）电化学击穿理论9电介质中的树枝老化10有机绝缘材料的树老化树老化类型：电树老化和水树老化树老化的原因电离性老化：该气隙或气泡内容易发生电离，造成邻近绝缘物的分解、破坏(表现为变酥、炭化等形式)，并沿电场方向逐渐向绝缘层深处发展，在有机绝缘材料中会呈树枝状发展，称作“电树枝”电导性老化：在两电极之间的绝缘层中存在液态导电物质(例如水)，当该处场强超过某定值时，该液体会沿电场方向逐渐深入到绝缘层中，形成近似树枝状的痕迹，称作“水树枝”11Tree-like树枝状Bush-like灌木丛状chestnut-like栗子状树枝

6、老化的一般形状12三、影响固体电介质击穿电压的因素电压作用时间温度电场均匀程度电压种类累积效应受潮机械负荷二次效应如空间电荷等13（1)电压作用时间固体介质击穿电压与电压作用时间变化曲线14（2)温度小于t0时，属于电击穿当温度超过t0值时，温度越高，散热条件越差，击穿电压越低，此时属于热击穿。t0称为转折温度。15（3)电场均匀程度均匀电场中，击穿电压较高，而且击穿电压随介质厚度的增加呈线性关系上升不均匀电场中，击穿电压随介质厚度的增加不呈线性上升。可能会出现热击穿，因此介质厚度达到一定程度后，厚度再增加对提高击穿电压意义不大。16（4)电压种类(固体介质击穿电压)直流击穿电压﹥工频交

7、流击穿电压【仅有电导损耗】工频交流击穿电压﹥高频交流击穿电压【极化损耗高】冲击击穿电压﹥工频交流击穿电压（5）累积效应击穿电压随加压次数增加而下降，累积效应——局部损伤的扩展。（6）受潮固体电介质受潮后击穿电压会迅速下降。（7）机械负荷当材料出现开裂或微观裂缝（热、化学等作用）时，击穿电压将显著下降。如在这些裂缝中充有污浊物或受潮后，击穿电压下降更多。17提高固体电介质击穿电压的方法改进制造工艺：消除杂质改进绝缘设计：电场均匀改善运