固体、液体和组合绝缘

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1、第四章固体、液体和组合绝缘的电气强度南京师范大学电气与自动化工程学院2005年9月固体电介质的击穿固体电介质的击穿过程电击穿热击穿电击穿0～10μs，10μs～0.2s热击穿电化学击穿固体电介质的击穿电击穿电压作用时间短，击穿电压高，击穿电压和介质温度、散热条件、介质厚度、频率等因素无关。和电场均匀程度关系极大，在极不均匀电场及冲击电压作用下，有明显的不完全击穿现象，产生累积效应。固体电介质的击穿热击穿曲线1，2，3分别表示为在电压U1，U2，U3（U1>U2>U3）下介质发热量与介质中最高温度的tm的关系。固体电介质的击

2、穿电化学击穿固体电介质在长期工作电压作用下，由于介质内部发生局部放电，产生活性气体O3、NO、NO2，对介质产生氧化和腐蚀作用，同时产生热量引起局部发热，以及在局部放电过程中带电粒子的撞击作用，导致绝缘劣化或损伤，使其电气强度逐步下降并引起击穿的现象。固体电介质的击穿影响固体电介质击穿的因素（1）电压作用时间（2）温度（3）电场均匀程度和介质厚度均匀电场中，Ub随介质厚度的增加而线性增加；在不均匀电场中，介质厚度越大，电场越不均匀，Ub不再线性上升，具有饱和特性。固体电介质的击穿（4）电压种类冲击击穿电压比工频峰值击穿电压

3、高直流击穿电压比工频峰值击穿电压高高频下有强烈的介质损耗发热促使热击穿过程，击穿电压最低。（5）受潮（6）机械负荷机械应力可能造成绝缘材料开裂、松散，使得击穿电压下降。固体电介质的击穿（7）多层性的影响如果某层介质中的场强超过了该层介质的耐受场强，则该层介质便会击穿，电场产生强烈畸变，使其他层的介质很容易被击穿。（8）累积效应电压较高时，固体绝缘的损伤是不可恢复的，逐步累积，最终在该电压下击穿。固体电介质的击穿固体电介质的击穿电压与介质周围环境温度的关系提高固体电介质击穿电压的方法1.改进绝缘设计改善电极形状及表面光洁度改

4、善电极与绝缘体的接触条件改进密封结构对多层性绝缘结构，充分利用中间多层电容屏的均压作用提高固体电介质击穿电压的方法2.改进制造工艺清除杂质，精选材料，真空干燥，加强浸渍等3.改善运行条件防潮，防尘和有害气体，加强散热冷却固体电介质的老化1.环境老化光氧老化、臭氧老化、盐雾酸碱等污染性老化2.电老化（1）电离性老化气泡内很容易发生电离，对介质的绝缘造成不良后果：气泡体积膨胀使介质开裂、分层，电导和损耗增大，电场畸变使有机物分解，分解出的气体加入电离分解出有腐蚀作用的气体固体电介质的老化（2）电导性老化如果在两电极间的绝缘层中

5、存在液态导电物质，则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“水树枝”。水树枝的积累和发展，将最终导致绝缘层的击穿。产生和发展“水树枝”所需场强比产生和发展“电树枝”所需场强低的多。固体电介质的老化（3）电解性老化直流电压的长期作用下，介质内部进行电化学过程，电介质逐渐老化，最终导致击穿。所加电压远低于局部放电的起始电压。（4）表面漏电起痕及电蚀损有机介质表面的电老化问题。在潮湿、脏污的介质表面会流过泄漏电流，电流密度较大处会形成干燥带，电压分布不均匀，在干燥带上分担较高电压，从而形成放电小火花或

6、小电弧。此种放电现象会使绝缘体表面过热，局部炭化、烧蚀，形成漏电痕迹，漏电痕迹的持续发展可能逐渐形成沿绝缘体表面贯通两端电极的放电通道。固体电介质的老化3.热老化热老化的主要过程为热裂解、氧化裂解、交联、以及低分子挥发物的逸出。有机材料热老化的程度主要取决于温度及热作用时间最高持续工作温度液体电介质的击穿液体电介质的击穿理论（1）纯净液体介质电击穿理论与长空气间隙的放电过程类似尖极附近电离，流注发展（分级发展），间隙击穿液体电介质的击穿气泡击穿理论产生气泡的原因电子电流加热液体，分解出气体；电子碰撞液体分子，使之解离产生气

7、体；静电斥力，电极表面吸附的微小气泡表面积累电荷，当静电斥力大于液体表面张力时，气泡体积变大；电极凸起处的电晕引起液体汽化。液体电介质的击穿气泡击穿理论气泡介电常数小，承担了较高的场强，气体耐电强度低，所以气泡首先电离；气泡中气体的温度升高，体积膨胀，电离进一步发展使油分解出气体；如果电离的气泡在电场中堆积成气体通道，则击穿在此通道内发生。液体电介质的击穿工程用液体介质小桥理论液体中的杂质在电场力的作用下，在电场方向定向，并逐渐沿电力线方向排列成杂质的“小桥”，因为杂质的电导较大，从而使泄漏电流增大，并进而使“小桥”强烈发

8、热，使油和水局部沸腾汽化，最后沿此“汽桥”发生击穿。影响液体电介质击穿电压的因素标准试油器GB/T507-2002推荐了两种形状的电极：球形球盖形影响液体电介质击穿电压的因素1.杂质（悬浮水、纤维）水的存在方式：溶解态：对耐压影响不大乳化状态：易形成小桥，对击穿电压影响较大当有纤维存在时，含水量对击穿电