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高电压技术第8讲固体电介质的击穿特性.pdf

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高电压技术高电压技术 屠幼萍屠幼萍 +80795842+80795842，，1369114543213691145432 typ@ncepu.edu.cntyp@ncepu.edu.cn 第第88讲讲 固体电介质的击穿固体电介质的击穿 屠屠幼幼萍萍 ++高电压与电磁兼容研究所高电压与电磁兼容研究所 8079584280795842，，1369114543213691145432 typ@ncepu.edu.cntyp@ncepu.edu.cn 主要内容主要内容 固体电介质的击穿过程固体电介质的击穿过程 有机绝缘材料的电树老化有机绝缘材料的电树老化 影响固体电介质击穿电压的主要因素影响固体电介质击穿电压的主要因素 电介质的其它性能电介质的其它性能 概述概述 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至几百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：介质的击穿总是从电气性能最薄弱的缺陷 处发展起来的，这里的缺陷可指电场的集中，也可指 介质的不均匀性 一、固体电介质的击穿过程一、固体电介质的击穿过程 ¾固体电介质击穿特性的划分固体电介质击穿特性的划分 ¾电击穿电击穿 ¾热击穿热击穿 ¾电化学击穿电化学击穿（电老化）（电老化） 一、固体电介质的击穿过程一、固体电介质的击穿过程 固体电介质击穿特性的 ¾固体电介质击穿特性的500 划分（％）450 区域A：击穿时间小于400 350 10μs的区域，击穿电压 300区域B区域C 随击穿时间的缩短而提区域A 250Φ50 高。类似于气体介质击200 穿的伏秒特性15015.3 Φ100 100 区域B：击穿时间在μssmin278h 50 10∼0.2μs范围的区域，0 10-11101102103104105106107108109101010111012 击穿电压为一分钟耐压的百分比数 击穿电压恒定时间（μs） 击穿都具有电击穿的性电工纸板的击穿电压 质与电压作用时间的关系 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，击穿时间在几十个小时以上，甚至几年， 介质的物理、化学性能发生不可逆的劣化 500 A、B区：电击穿（％）450 400 C区：热击穿 350 D区：电化学击穿300 区域A区域B区域C 250 电老化击穿Φ50 200 150Φ10015.3 100 μssmin278h 50 0 10-11101102103104105106107108109101010111012 击穿电压为一分钟耐压的百分比数 时间（μs） ¾电击穿电击穿 „固体电介质中发生固体电介质中发生碰撞电离碰撞电离----------固体电介质固体电介质 中存在少量传导电子，在电场加速下与晶格中存在少量传导电子，在电场加速下与晶格 结点上的原子碰撞结点上的原子碰撞 „电击穿理论本身又分为两种解释碰撞电离的电击穿理论本身又分为两种解释碰撞电离的 理论理论 固有击穿理论固有击穿理论 电子崩击穿理论电子崩击穿理论 A(E,A(E,αα,,TT0))==B(B(αα,,TT0)) 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，a：标志电子的状态因子，T0：晶格温度 固有击穿理论：在某一场强值内，上述关系式成立，获 得和失去的能量平衡，超过则不成立，引起破坏，称之 为固有击穿理论 电子崩击穿理论：当上述平衡破坏后，电子整体上得到 加速，与晶格产生碰撞电离，反复碰撞形成电子崩，电 场作用下给电子注入能量激增，导致介质结构破坏，称 之为电子崩击穿理论 „电击穿的特点电击穿的特点 作用时间电压作用时间短，击穿电压高 介质特性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：电场的均匀程度影响极大 累积效应在极不均匀电场中、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 ¾热击穿热击穿 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 增加而下降，表明击穿已涉及到明显的热过程 50 40 30 A 20 （kV）（有效值）B b U10 0 020406080100120140160 θcrθ(℃) 交变电压下电瓷的击穿电压与温度的关系