《高电压工程》ppt课件

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1、第四章固体电介质和液体电介质的击穿特性高电压工程基础主讲教师：张博4.1固体电介质的击穿机理4.2影响固体电介质击穿电压的因素4.3固体电介质的老化4.4液体电介质的击穿机理4.5影响液体电介质击穿电压的因素4.6组合绝缘的击穿特性2固体电介质的击穿电击穿热击穿电化学击穿第一节固体电介质的击穿机理3固体电介质的电击穿:是指仅仅由于电场的作用而直接造成固体绝缘击穿的现象。机理:强电场下电介质内部存在的少量带电粒子作剧烈的运动，与固体介质晶格结点上的原子发生碰撞电离，形成电子崩，从而破坏了固体介质的晶格结构，使电导增大而导致击穿。特点:击穿电

2、压与周围环境温度无关；与电压作用时间也关系不大；介质发热不显著；电场的均匀程度对击穿电压影响很大；电击穿所需的场强比较高，一般可达105~106kV/m。当介质的电导很小，又有良好的散热条件以及介质内部不存在局部放电时，固体电介质所发生的击穿一般为电击穿。一、电击穿4机理：热击穿是由于电介质内部的热不稳定所造成的。热击穿的过程：当固体电介质较长时间地在电压作用下，由于介质内部的损耗而发热，致使温度升高，从而使介质的电导和都增大，这反过来又使温度进一步升高。若到达某一温度后，发热量等于散热量，介质的温度则停止上升而处于热稳定状态，这时将不致

3、引起绝缘强度的破坏。如果散热条件不好，或电压达到某一临界值，使绝缘的发热量总是大于散热量，这时将会使介质的温度不断升高，直至介质分解、熔化、碳化或烧焦，造成热破坏而丧失其绝缘性能而发生击穿。二、热击穿5介质的功率损耗P随温度变化的规律：——温度to时的介质损耗角正切；t——温度；——与介质有关的系数；C——绝缘结构的电容；U——外加电压。6单位时间产生的热量Q1：式中A——比例常数σ——散热系数；S——散热面积。单位时间内散出的热量Q2：介质的发热和散热与温度的关系7热击穿的主要特点：1）击穿电压随环境温度的升高呈指数规律下降；2）击穿电

4、压直接与介质的散热条件相关。介质厚度加压时间电压频率或介损8三、电化学击穿机理：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;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电化学击穿是一个复杂的缓慢过程，在临近最终击穿阶段，可能因劣化处损耗增加，温度过高而以热击穿形式完成，也可能介质劣化后电气强度下降而以电击穿形式完成。9树枝状或丛状放电：当有机绝缘材料中因小曲率半径电极、微小空气隙、杂质等因素而出现高场

5、强区时，往往在此处先发生局部的树枝状或丛状放电，并在有机固体介质上留下纤细的放电痕迹，这就是树枝状放电劣化。在交流电压下，树枝状放电劣化是局部放电产生的带电粒子冲撞固体介质引起电化学劣化的结果。在冲击电压下，则可能是局部电场强度超过了材料的电击穿场强所致。10第二节影响固体电介质击穿电压的因素1．电压作用时间油浸电工纸板的击穿场强与电压作用时间的关系（25℃时）112．电场均匀程度均匀、致密的固体介质如处于均匀电场中，其击穿电压往往比较高，且击穿电压随介质厚度的增加近似地成线性增加。若在不均匀电场中，则击穿电压降低，且随着介质厚度的增加使

6、电场更不均匀，击穿电压也不再随厚度的增加而线性增加。当介质厚度的增加使散热困难时，又会促使发生热击穿，这时靠增加厚度来提高击穿电压的意义不大。123．温度电击穿与温度几乎无关热击穿电压则随温度的升高而降低（固体介质的散热）为了降低绝缘的温度，常常采取一些散热措施，如加强风冷、油冷及加装散热器等。134．受潮固体介质受潮会使击穿电压大大降低，其降低程度与介质的性质有关。不易吸潮的材料，如聚乙烯、聚四氟乙烯等中性介质，受潮后击穿电压仅降低一半左右；易吸潮的材料，如棉纱、纸等纤维材料，吸潮后的击穿电压可能只有干燥时的百分之几或更低。因为电导率和

7、介质损耗均大大增加的缘故。所以高压绝缘结构不但在制造时要注意除去水分，在运行中也要注意防潮，并定期检查受潮情况，一旦受潮必须进行干燥处理。145．累积效应固体介质在不均匀电场中，或者在雷电冲击电压下，其内部可能出现局部放电或者损伤，但并未形成贯穿性的击穿通道，但在多次冲击或工频试验电压作用下，这种局部放电或者伤痕会逐步扩大，这称为累积效应。累积效应会使固体介质的绝缘性能劣化，导致击穿电压下降。在确定电气设备试验电压和试验次数时应充分考虑固体介质的这种累积效应，而在设计固体绝缘结构时亦应保证一定的绝缘裕度。15老化：电介质在电场的长时间作用

8、下，会逐渐发生某些物理化学变化，从而使介质的物理、化学性能产生不可逆转的劣化，导致电介质的电气及机械强度下降，介质损耗及电导增大等现象。老化的原因：热的作用电的作用机械力的作用环境因素第三节固