哈工大高电压技术 3 固体介质的击穿课件.ppt

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1、电介质的极化为反映电介质介电性能的物理量电子式极化离子式极化偶极子式极化夹层介质界面极化电介质的电导为表征电介质导电性能的主要物理量电介质的损耗为在电场作用下电介质中的能量损耗介质的无损极化介质的有损极化电导率(绝缘电阻率)介电常数介质损耗角正切用于电容器的绝缘材料，显然希望选用εr大的电介质，因为这样可使单位电容的体积减小和重量减轻其他电气设备中往往希望选用εr较小的电介质，这是因为较大的εr往往和较大的电导率相联系，因而介质损耗也较大采用εr较小的绝缘材料还可减小电缆的充电电流了解电介质的极化在工程上的意义了解电介质的电导在工程上的意义

2、串联的多层介质在直流电压下的稳态分布与各层介质的电导成反比，在设计用于直流的绝缘材料应注意它们的电导率，使材料尽可能合理使用在高压套管法兰附近涂半导体釉、高压电机定子绕组出槽口部分涂半导体漆等来增大电导，以改善电场分布，消除电晕讨论介质损耗的意义设计绝缘结构时，应注意绝缘材料的tg值。若tg过大会引起严重发热，使材料劣化，甚至可能导致热击穿在绝缘试验中，tg的测量是一项基本测试项目。当绝缘受潮劣化或含有杂质时，tg将显著增加，绝缘内部是否存在局部放电，可通过测tg—U的关系曲线加以判断液体介质的击穿可用以下理论来解释：电子碰撞电离

3、理论（电击穿理论）（被掩盖的气体放电）非纯净液体的纤维桥接理论（“小桥”击穿理论）（缺陷处的局部热击穿）变压器油击穿电压的影响因素：水分和其他杂质油温电场均匀度电压作用时间油压的影响减少杂质的方法：提高油品质和采用油—屏障式绝缘第三节固体介质的击穿固体介质的击穿理论电击穿理论热击穿理论电化学击穿理论影响固体介质击穿电压的主要因素电压作用时间电场均匀程度温度受潮累积效应电过程（电击穿）热过程（热击穿）电化学过程（电化学击穿）介质本身的特性；绝缘结构形式；电场均匀性；外加电压波形；外加电压时间；工作环境（周围媒质的温度及散热条件）实际电气设备中

4、的固体介质击穿过程是错综复杂的，常取决于以下多种因素：在电场作用下，固体介质可能因以下过程而被击穿：固体介质发生永久性破坏常用的有机绝缘材料，如纤维材料(纸、布和纤维板)以及聚乙烯塑料等，其短时电气强度很高，但在工作电压的长期作用下，会产生电离、老化等过程，从而使其电气强度大幅度下降所以，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下的耐电性能一、固体介质的击穿理论(一)电击穿理论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绝缘性能的现象在介质的电导很小，又有良好的散热条件以及介质内部不存

5、在局部放电的情况下，固体介质的击穿通常为电击穿，击穿场强可达105-106kV/m电击穿的主要特征：与周围环境温度无关；除时间很短的情况，与电压作用时间关系不大；介质发热不显著；电场均匀程度对击穿有显著影响。(二)热击穿理论固体介质会因介质损耗而发热，如果周围环境温度高，散热条件不好，介质温度将不断上升而导致绝缘的破坏，如介质分解、熔化、碳化或烧焦，从而引起热击穿。如图右图所示，在三个电压下(U1>U2>U3)有发热曲线1、2、3，4为散热曲线。Q1和Q2分别代表发热和散热介质的发热和散热与温度的关系①曲线1，Q1>Q2，介质一定击穿；②曲

6、线2，与散热曲线4交于k点，它是不稳定的平衡点，t>tk时，介质温度不断上升，直至击穿。③曲线3和曲线4有a、b两个交点，a为稳定的热平衡点，b为不稳定的热平衡点，t>tb时，介质发生击穿。为使介质的发热和散热有正确的配合关系，途径是①在不改变发热的前提下，改善散热条件，使散热曲线的斜率增大；热击穿实际是一个热不平衡的过程，击穿所需时间较长②在不改变散热的前提下，降低发热，减小施加在介质上的电压(三)电化学击穿固体介质在长期工作电压作用下，由于介质内部发生局部放电等原因，使绝缘劣化，电气强度逐步下降并引起击穿的现象称为电化学击穿局部放电是介

7、质内部的缺陷（如气隙或气泡）引起局部性质的放电。局部放电使介质劣化、损伤、电气强度下降的主要原因为：1)产生活性气体对介质氧化、腐蚀；2)温升使局部介质损耗增加；3)切断分子结构，导致介质破坏电化学击穿电压的大小与施加电压时间的关系非常密切，但也因介质种类的不同而异。下图是三种固体介质的击穿场强随施加电压的时间而变化的情况：固体介质的击穿场强与电压作用时间的关系1聚乙烯2聚四氟乙烯3无机、玻璃云母带可见无机绝缘材料耐局部放电的性能较好有机绝缘材料的树枝状老化树老化类型：电树老化和水树老化电导性老化：如果在两电极之间的绝缘层中存在液态导电物质

8、(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”树老化的原因电离性老化：在介质夹层或介质内部如果存在气隙或气泡，在交