《高电压技术系列ppt》--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起。

2、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：>0.2s，

3、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质破坏并丧失

4、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受电压的作用时，

5、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?●称ta为稳定热平衡点

6、●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降而以电击穿形式完成。1

7、2√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●机械力的影响●多层性的影响●

8、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