华北电力大学高电压技术第5讲 固体电介质的击穿特性.ppt

高电压技术第5讲固体电介质的击穿一、固体电介质的击穿过程区域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（1）电击穿
电击穿理论建立在固体电介质中发生碰撞电离基础上，固体电介质中存在少量传导电子，在电场加速下与晶格结点上的原子碰撞，从而击穿。
电击穿的特点：
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、频率等因素都无关热击穿的概念：
由于介质损耗的存在，固体电介质在电场中会逐渐发热升温，温度的升高又会导致固体电介质电阻的下降，使电流进一步增大，损耗发热也随之增大。在电介质不断发热升温的同时，也存在一个通过电极及其它介质向外不断散热的过程。如果同一时间内发热超过散热，则介质温度会不断上升，以致引起电介质分解炭化，最终击穿，这一过程称电介质的热击穿过程
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增加而下降，表明击穿已涉及到明显的热过程热击穿的理论分析
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的关系曲线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曲线2：
与直线4相切，U2为临界热击穿电压；tk为临界热击穿温度曲线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<t<tb：不会发生热击穿，介质温度将稳定在ta
Ub=0.342×

当发热因素f，r，t0，tg0上升或增加时，Ub将下降；
当散热因素σ，λ上升时，热击穿电压Ub将上升
在发生热击穿时，采取加厚绝缘的办法并不一定能起到提高电介质击穿电压的作用，因而是不经济的概念：在电场的长时间作用下逐渐使介质的物理、化学性能发生不可逆的劣化，最终导致击穿，这过程称电老化
电老化的类型：电离性老化、电导性老化和电解性老化。前两种主要在交流电压下产生，后一种主要在直流电压下产生。
电离性老化：在介质内部如果存在气泡，在气泡中发生电离，造成邻近绝缘物分解、破坏（变酥、碳化）并沿着电场方向逐渐向绝缘深处发展，在有机绝缘材料中会呈树枝状发展，称为“电树枝”。电导性老化：在两电极之间的绝缘层中存在液态导电物质(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”。Tree-like
树枝状电介质中的树枝老化二、影响固体介质击穿电压主要因素三、固体电介质的其它性能电介质的耐热等级：介质热老化的程度主要决定于温度及介质经受热作用的时间。为此国际电工委员会按照材料的耐热程度划分耐热等级。如
YAEBFHC
90105120130155180>180℃
根据这个绝缘耐热等级可以进行设备运行负荷的最佳经济性设计。
电介质的耐寒性：耐寒性是绝缘材料在低温下保证安全运行的最低许可温度，否则，固体可能变脆、开裂，液体可能凝固。如10、25、40号变压器油分别表示其凝固温度为-10、-25、-40℃2.机械性能
有脆性、塑性和弹性三种。
3.吸潮性能
在潮湿地区要选用吸湿性小、憎水性强的材料。一般而言，非极性电介质吸湿性低，极性电介质吸湿性较强。
4.化学性能及抗生物性
化学性能指材料的化学稳定性如耐腐蚀性气体、液体溶剂等；
抗生物性指材料抗霉菌、昆虫的性能，在湿热地区尤为重要。四、提高固体电介质击穿电压的方法谢谢!