液体、固体电介质特性1

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1、高电压技术高电压工程系李黎leeli@mail.hust.edu.cn第8讲液体、固体电介质的绝缘特性（三）2上一讲回顾电介质中的物理过程极化电导损耗——tg（设计绝缘时需要控制的参量）液体电介质的击穿电击穿理论小桥效应——工程中的液体电介质3气、固、液三种电介质中，固体密度最大，耐电强度最高空气的耐电强度一般在3—4kV/mm左右；液体的耐电强度在10—20kV/mm；固体的耐电强度在十几—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

2、，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45一、固体电介质的击穿过程1.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。类似于气体介质击穿的伏秒特性区域B：击穿时间在100.2s范围的区域，此范围内击穿电压恒定，与时间无关这两个区域内的击穿都具有电击穿的性质电工纸板的击穿电压与电压作用时间的关系6区域C：击穿电压随击穿前时间的增加而明显下降，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

3、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7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，最终导致击穿二、击穿理论——（一）电击穿理论8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A(E,α,T0)=B(α,T0)A(E,α,T0)：电场作用下单位时间内电子获得的能量B(α,T0)：电场作用下单位时间内电子碰撞损失的能量E：电场，α：标志电子的状态因子，T0：晶格温度电子崩击穿

4、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9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，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：击穿电压和介质温度、散热条件、介质厚度、频率等因素都无关电击穿的特点10击穿理论——（二）热击穿理论机理

5、：介质内部发热和散热的不平衡导致。介质温度升高，引起介质分解、炭化，最终导致击穿。特点：与电压作用时间有关；与发热和散热条件有关；当电压频率增大时，击穿电压将下降。11热击穿A范围：击穿电压和介质温度无关，属于电击穿性质B范围：温度超过某临界值后，击穿电压随介质温度的升高而下降，表明击穿已涉及到明显的热过程交变电压下电瓷的击穿电压与温度的关系12热击穿的理论分析电压：U1＞U2＞U3曲线1,2,3：电介质发热量Q与介质中最高温度tm的关系直线4：表示固体介质中最高温度大于周围环境温度t0时，散出的热量Q与介质中最高温度tm的

6、关系不同外施电压下介质发热散热与介质温度的关系13曲线1：发热永远大于散热，介质温度将不断升高，在电压U1下最终必定发生热击穿不同外施电压下介质发热散热与介质温度的关系14曲线3：tta时：曲线在直线4之下，不发生热击穿，介质温度逐渐升高并稳定在ta，称ta为稳定热平衡点t>tb时：情况类似曲线1，最终发生热击穿t=tb时：发热等于散热，但因扰动使t大于tb，则介质温度上升，回不到tb，直至热击穿。称tb为不稳定热平衡点ta

7、：与直线4相切，U2为临界热击穿电压；tk为临界热击穿温度不同外施电压下介质发热散热与介质温度的关系16机理：介质劣化的结果。局部放电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：击穿由绝缘性能下降引起，比电击穿和热击穿电压低，可以在工作电压下发生。击穿理论——（3）电化学击穿理论17局部放电的后果放电过程产生的活性气体O3、NO、NO2等对介质的氧化、腐蚀作用放电过程有带电粒子撞击介质，引起局部温升，加速介质氧化并使局部电导和介质损耗增大带电粒子的

8、撞击还可能切断分子结构，导致介质破坏局放对有机介质的影响尤为显著18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。气隙或气泡的电离，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