固體液體的放電特性

1、1第第2 2章章 液體、固體介質(zhì)的電氣特性液體、固體介質(zhì)的電氣特性液體、固體在電場下的四個行為特征參數(shù)液體、固體在電場下的四個行為特征參數(shù)液體、固體的擊穿特性液體、固體的擊穿特性組合絕緣的性能組合絕緣的性能延緩絕緣衰老的方法延緩絕緣衰老的方法2第第1節(jié)節(jié) 電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和損耗電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和損耗主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：一、介質(zhì)的極化一、介質(zhì)的極化二、電介質(zhì)的電導(dǎo)二、電介質(zhì)的電導(dǎo)三、介質(zhì)的損耗三、介質(zhì)的損耗 在電場強度比介質(zhì)的擊穿場強小得多的電場下，在電場強度比介質(zhì)的擊穿場強小得多的電場下，各類電介質(zhì)都有極化、電導(dǎo)、損耗等電氣物理現(xiàn)象各類電介質(zhì)都有極化、電導(dǎo)、損耗等電氣物理現(xiàn)象,主要注意液體

2、和固體介質(zhì)在這些方面的特性。主要注意液體和固體介質(zhì)在這些方面的特性。3一、電介質(zhì)的極化一、電介質(zhì)的極化介電常數(shù)介電常數(shù) （ r）：反映電介質(zhì)的極化特性。）：反映電介質(zhì)的極化特性。1. 極化類型極化類型4相對介電常數(shù)相對介電常數(shù)r的定義：的定義：極板間為真空時：極板間為真空時：dSUQC000當(dāng)極板間充滿一塊電介質(zhì)，極當(dāng)極板間充滿一塊電介質(zhì)，極板上的電荷增加為板上的電荷增加為Q0+Q。相對介電常數(shù)的定義為：相對介電常數(shù)的定義為：dSUQQC0000QQQr52、 r與與f、T的關(guān)系的關(guān)系電子式極化電子式極化： r與與f、T幾乎無關(guān)幾乎無關(guān)離子式極化離子式極化： r與與f無關(guān)，具有正的溫度系數(shù)無關(guān)

3、，具有正的溫度系數(shù)偶極子式極化偶極子式極化： 極性氣體介質(zhì)極性氣體介質(zhì)r具有負的溫度系數(shù)；具有負的溫度系數(shù)；液體、固體介質(zhì)液體、固體介質(zhì) rT、f：先上升，后下降先上升，后下降夾層介質(zhì)界面極化夾層介質(zhì)界面極化：其各層電位最初按介電常數(shù)：其各層電位最初按介電常數(shù)r分布，逐步過渡到穩(wěn)態(tài)按電導(dǎo)率分布分布，逐步過渡到穩(wěn)態(tài)按電導(dǎo)率分布空間電荷空間電荷：極化緩慢，當(dāng)：極化緩慢，當(dāng)f很高時沒有極化現(xiàn)象很高時沒有極化現(xiàn)象 對具體介質(zhì)而言，必須說明其相對介電常數(shù)對具體介質(zhì)而言，必須說明其相對介電常數(shù)r對對應(yīng)的極化條件：應(yīng)的極化條件：頻率和溫度頻率和溫度。63.常用電介質(zhì)的介電常數(shù)常用電介質(zhì)的介電常數(shù) 在在20時

4、工頻下，氣體介電常數(shù)接近時工頻下，氣體介電常數(shù)接近1，液體和固體，液體和固體的介電常數(shù)大多在的介電常數(shù)大多在26之間。之間。 了解電介質(zhì)的介電常數(shù)在工程上具有很大的意義。了解電介質(zhì)的介電常數(shù)在工程上具有很大的意義。電纜可選擇較小介電常數(shù)材料，電容器可選擇較大的介電纜可選擇較小介電常數(shù)材料，電容器可選擇較大的介電常數(shù)材料。電常數(shù)材料。7二、電介質(zhì)的電導(dǎo)二、電介質(zhì)的電導(dǎo)1.電導(dǎo)的概念電導(dǎo)的概念2.電導(dǎo)的形式電導(dǎo)的形式（1）離子電導(dǎo)）離子電導(dǎo)：在電場或外界因素影響下（紫外線輻：在電場或外界因素影響下（紫外線輻射）本身產(chǎn)生電離，正負離子沿電場方向移動，形成射）本身產(chǎn)生電離，正負離子沿電場方向移動，形成

5、電導(dǎo)電流電導(dǎo)電流即離子電導(dǎo)。即離子電導(dǎo)。（2）電子電導(dǎo)）電子電導(dǎo)：在高電場作用下，離子與電介質(zhì)分子：在高電場作用下，離子與電介質(zhì)分子碰撞電離，激發(fā)出電子。這些電子在電場作用下移動碰撞電離，激發(fā)出電子。這些電子在電場作用下移動形成電子電導(dǎo)電流。形成電子電導(dǎo)電流。 當(dāng)電子電導(dǎo)電流出現(xiàn)當(dāng)電子電導(dǎo)電流出現(xiàn)電介質(zhì)已被擊穿（電介質(zhì)已被擊穿（電介質(zhì)電介質(zhì)的電導(dǎo)一般指離子電導(dǎo)的電導(dǎo)一般指離子電導(dǎo)）。）。83.3.液體介質(zhì)液體介質(zhì)中性中性極性極性強極性強極性分子的離解度小，電導(dǎo)率小分子的離解度小，電導(dǎo)率小電導(dǎo)率較大電導(dǎo)率較大9液體介質(zhì)的電導(dǎo)率液體介質(zhì)的電導(dǎo)率 ：kTAe/A：常數(shù)，與介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)：常數(shù)，與介質(zhì)性

6、質(zhì)有關(guān)T：絕對溫度，單位為：絕對溫度，單位為K ：導(dǎo)電率的活性化能量，對礦物油、硅油：導(dǎo)電率的活性化能量，對礦物油、硅油 0.41eVk：玻爾茲曼常數(shù)：玻爾茲曼常數(shù) 在測量電介質(zhì)的電導(dǎo)或絕緣電阻時，必須記錄在測量電介質(zhì)的電導(dǎo)或絕緣電阻時，必須記錄環(huán)境溫度環(huán)境溫度，以便對測量結(jié)果進行分析。，以便對測量結(jié)果進行分析。104.4.固體介質(zhì)固體介質(zhì)（1 1）J-EJ-E關(guān)系（電導(dǎo)電流密度關(guān)系（電導(dǎo)電流密度- -電場強度關(guān)系）電場強度關(guān)系）區(qū)：離子電導(dǎo)區(qū)，區(qū)：離子電導(dǎo)區(qū)，J-E成正比成正比區(qū)：離子電導(dǎo)區(qū)，區(qū)：離子電導(dǎo)區(qū)，J-E成指數(shù)成指數(shù)關(guān)系關(guān)系區(qū)：電子電導(dǎo)區(qū)：區(qū)：電子電導(dǎo)區(qū)：J-E成指數(shù)成指數(shù)關(guān)系關(guān)系

7、11（2 2）固體電介質(zhì)的表面電導(dǎo)）固體電介質(zhì)的表面電導(dǎo) 固體電介質(zhì)的表面電導(dǎo)，主要決定于它表面吸附固體電介質(zhì)的表面電導(dǎo)，主要決定于它表面吸附導(dǎo)電雜質(zhì)導(dǎo)電雜質(zhì)( (水、污染物等水、污染物等) )的能力及其分布狀態(tài)。的能力及其分布狀態(tài)。 在實際測試中，有時表面電導(dǎo)遠大于體積電導(dǎo)。在實際測試中，有時表面電導(dǎo)遠大于體積電導(dǎo)。（3 3）電介質(zhì)電導(dǎo)的意義）電介質(zhì)電導(dǎo)的意義 電壓穩(wěn)態(tài)分布與電導(dǎo)成電壓穩(wěn)態(tài)分布與電導(dǎo)成反比反比絕緣配合問題絕緣配合問題 在預(yù)防性實驗中在預(yù)防性實驗中測試介質(zhì)的絕緣電阻（電導(dǎo)）、測試介質(zhì)的絕緣電阻（電導(dǎo)）、泄漏電流泄漏電流以以判斷絕緣是否受潮或劣化判斷絕緣是否受潮或劣化12二、電介

8、質(zhì)的損耗二、電介質(zhì)的損耗1. 電介質(zhì)的損耗種類電介質(zhì)的損耗種類電導(dǎo)引起的損耗電導(dǎo)引起的損耗某些有損極化引起的損耗（偶極子極化、夾層極某些有損極化引起的損耗（偶極子極化、夾層極化）化）直流電壓作用下的損耗直流電壓作用下的損耗 用體積電阻率和表面電阻率描述，只有電導(dǎo)損耗用體積電阻率和表面電阻率描述，只有電導(dǎo)損耗交流電壓下的損耗交流電壓下的損耗電導(dǎo)損耗電導(dǎo)損耗周期性極化引起的能量損耗周期性極化引起的能量損耗13介質(zhì)在交流電壓下的向量圖和功角特性介質(zhì)在交流電壓下的向量圖和功角特性tgtgcos2pCRCUUIUIUIP不能用介質(zhì)損耗不能用介質(zhì)損耗P作為比較各種介質(zhì)品質(zhì)好壞的依據(jù)。作為比較各種介質(zhì)品質(zhì)好

9、壞的依據(jù)。為什么？為什么？介質(zhì)損耗角的正切介質(zhì)損耗角的正切tg ：作為綜合反映電介質(zhì)損耗特：作為綜合反映電介質(zhì)損耗特性優(yōu)劣的依據(jù)。性優(yōu)劣的依據(jù)。14用三個并聯(lián)支路等效有損介質(zhì)的電導(dǎo)損耗和極化損耗。用三個并聯(lián)支路等效有損介質(zhì)的電導(dǎo)損耗和極化損耗。等值電路等值電路 交流電壓下特性交流電壓下特性 直流電壓下特性直流電壓下特性C1：介質(zhì)的無損極化（電子式和離子式極化）電容電流介質(zhì)的無損極化（電子式和離子式極化）電容電流C2-R2：各種有損極化，吸收電流各種有損極化，吸收電流R3：代表絕緣電阻，反映電導(dǎo)損耗代表絕緣電阻，反映電導(dǎo)損耗i-t曲線：曲線：吸收曲線吸收曲線15施加直流電，極化過程結(jié)束后，施加直

10、流電，極化過程結(jié)束后，僅存電導(dǎo)過程，此時流過介質(zhì)僅存電導(dǎo)過程，此時流過介質(zhì)的電流就是泄漏電流，相應(yīng)電的電流就是泄漏電流，相應(yīng)電阻就是絕緣電阻；阻就是絕緣電阻；泄漏電流、絕緣電阻可以來判斷絕緣的好壞，絕緣泄漏電流、絕緣電阻可以來判斷絕緣的好壞，絕緣電阻越大，泄漏電流越小，電介質(zhì)的絕緣越好；電阻越大，泄漏電流越小，電介質(zhì)的絕緣越好；吸收曲線也可用來判斷電介質(zhì)絕緣的好壞，絕緣越吸收曲線也可用來判斷電介質(zhì)絕緣的好壞，絕緣越好，吸收曲線衰減越慢；絕緣越差，吸收曲線衰減越好，吸收曲線衰減越慢；絕緣越差，吸收曲線衰減越快?？臁ｋ娊橘|(zhì)的損耗，包括電導(dǎo)損耗、極化損耗，還有介電介質(zhì)的損耗，包括電導(dǎo)損耗、極化損耗，

11、還有介質(zhì)氣隙中氣體電離引起的損耗。質(zhì)氣隙中氣體電離引起的損耗。162. 氣體介質(zhì)的損耗氣體介質(zhì)的損耗損耗角正切值與場強關(guān)系損耗角正切值與場強關(guān)系EE0：只存在很小的電導(dǎo)損耗，：只存在很小的電導(dǎo)損耗，tg=E0：氣體局部放電，損耗急劇增加，常發(fā)生在：氣體局部放電，損耗急劇增加，常發(fā)生在固體或液體介質(zhì)中含有氣泡的場合。固體或液體介質(zhì)中含有氣泡的場合。173. 液體介質(zhì)的損耗液體介質(zhì)的損耗中性或弱極性液體介質(zhì)中性或弱極性液體介質(zhì) 主要為電導(dǎo)損耗，因此主要為電導(dǎo)損耗，因此tg較小，損耗與溫度的關(guān)較小，損耗與溫度的關(guān)系和電導(dǎo)相似，有正溫度系數(shù)。系和電導(dǎo)相似，有正溫度系數(shù)。極性液體介質(zhì)極性液體介質(zhì)（蓖麻油

12、、氯化聯(lián)苯、松香油）（蓖麻油、氯化聯(lián)苯、松香油） 除電導(dǎo)損耗外，還有極化損耗，因此除電導(dǎo)損耗外，還有極化損耗，因此tg較大，而較大，而且和且和T、f有關(guān)。有關(guān)。18（1）溫度的影響）溫度的影響tt1：隨溫度升高，電導(dǎo)損耗增加；：隨溫度升高，電導(dǎo)損耗增加；t1tt2：隨溫度升高，電導(dǎo)損耗增加。：隨溫度升高，電導(dǎo)損耗增加。（2）頻率的影響）頻率的影響 當(dāng)當(dāng)f在一定范圍內(nèi)，隨在一定范圍內(nèi)，隨f的增加，損耗增加；當(dāng)?shù)脑黾?，損耗增加；當(dāng)f超過超過一定的范圍后，損耗減小。一定的范圍后，損耗減小。（3）電壓的影響）電壓的影響 E=E0：由于存在弱點或氣泡發(fā)生局部放電，：由于存在弱點或氣泡發(fā)生局部放電，tg急

13、急劇增加。劇增加。 采用較高的電壓測量損耗角正切值，可以發(fā)現(xiàn)介質(zhì)采用較高的電壓測量損耗角正切值，可以發(fā)現(xiàn)介質(zhì)中夾雜的氣隙、龜裂等缺陷。中夾雜的氣隙、龜裂等缺陷。194. 固體介質(zhì)的損耗固體介質(zhì)的損耗有機絕緣材料有機絕緣材料極性介質(zhì)極性介質(zhì)：聚氯乙烯、纖維素、酚醛樹脂、膠木、：聚氯乙烯、纖維素、酚醛樹脂、膠木、絕緣紙絕緣紙 tg=0.1%1.0%，與，與T、f的變化關(guān)系與極性液體的變化關(guān)系與極性液體介質(zhì)相似介質(zhì)相似非極性介質(zhì)非極性介質(zhì)：聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯：聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯 只有電子式極化，只有電子式極化， 損耗由電導(dǎo)引起，與損耗由電導(dǎo)引起，與f幾乎無關(guān)，幾乎無關(guān)，如聚乙烯如

14、聚乙烯tgtg=0.01%=0.01%0.02%0.02%。無機絕緣材料無機絕緣材料 云母、陶瓷、玻璃，離子式結(jié)構(gòu)電介質(zhì)，主要是云母、陶瓷、玻璃，離子式結(jié)構(gòu)電介質(zhì)，主要是電導(dǎo)損耗。電導(dǎo)損耗。2021第第2節(jié)節(jié) 液體介質(zhì)的擊穿液體介質(zhì)的擊穿主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：一、液體介質(zhì)擊穿的概念一、液體介質(zhì)擊穿的概念二、影響液體介質(zhì)擊穿電壓的因素二、影響液體介質(zhì)擊穿電壓的因素三、減小雜質(zhì)影響的辦法三、減小雜質(zhì)影響的辦法礦物絕緣油：變壓器油、電纜油、電容器油礦物絕緣油：變壓器油、電纜油、電容器油植物油：蓖麻油植物油：蓖麻油合成液體絕緣材料：硅油合成液體絕緣材料：硅油液體介質(zhì)液體介質(zhì)絕緣媒質(zhì)絕緣媒質(zhì)冷卻媒質(zhì)（變壓

15、器）冷卻媒質(zhì)（變壓器）滅弧媒質(zhì)（斷路器）滅弧媒質(zhì)（斷路器）儲能媒質(zhì)（電容器）儲能媒質(zhì)（電容器）作用作用22一、液體介質(zhì)擊穿的概念一、液體介質(zhì)擊穿的概念 按照某些因素占主導(dǎo)地位來分析液體介質(zhì)的擊穿，按照某些因素占主導(dǎo)地位來分析液體介質(zhì)的擊穿，可提出下述概念以統(tǒng)一和完善其放電機理?？商岢鱿率龈拍钜越y(tǒng)一和完善其放電機理。1.1.被掩蓋的氣體放電被掩蓋的氣體放電 在短時交流電壓、脈沖電壓作用下，可以認為絕在短時交流電壓、脈沖電壓作用下，可以認為絕緣液體的擊穿是由電子碰撞電離造成的。緣液體的擊穿是由電子碰撞電離造成的。 液體分子間存在空穴（自身蒸發(fā)、外來氣體、氣液體分子間存在空穴（自身蒸發(fā)、外來氣體、氣

16、穴）穴）油分解、碰撞游離油分解、碰撞游離離子濃度上升，電流增大離子濃度上升，電流增大發(fā)熱發(fā)熱氣泡形成氣泡形成氣泡電離氣泡電離電導(dǎo)率增加電導(dǎo)率增加油中電油中電場分布畸變場分布畸變氣泡電離形成電子崩氣泡電離形成電子崩絕緣液體將直接絕緣液體將直接電離或分級電離電離或分級電離電、熱作用下油隙完全擊穿。電、熱作用下油隙完全擊穿。 因此將油隙擊穿稱為因此將油隙擊穿稱為被掩蓋的氣體放電被掩蓋的氣體放電。232.2.纖維橋接擊穿纖維橋接擊穿 液體介質(zhì)中含有固體雜質(zhì)（纖維）液體介質(zhì)中含有固體雜質(zhì)（纖維）受潮受潮介電介電常數(shù)增加常數(shù)增加極化極化移動到移動到E較高區(qū)域較高區(qū)域形成導(dǎo)電橋形成導(dǎo)電橋電導(dǎo)率高、電流密度大

17、電導(dǎo)率高、電流密度大發(fā)熱發(fā)熱液體液體蒸發(fā)蒸發(fā)氣泡擊穿氣泡擊穿在缺陷處的局部熱擊穿在缺陷處的局部熱擊穿尚未形成導(dǎo)電橋尚未形成導(dǎo)電橋 雜質(zhì)與油串聯(lián)雜質(zhì)與油串聯(lián) 纖維素的介電纖維素的介電常數(shù)大、電導(dǎo)大常數(shù)大、電導(dǎo)大 端部油中端部油中E增大增大 油電離油電離 分解分解氣體氣體產(chǎn)生氣泡產(chǎn)生氣泡被掩蓋的氣體放電被掩蓋的氣體放電 纖維橋接擊穿和被掩蓋的氣體放電有什么關(guān)系？纖維橋接擊穿和被掩蓋的氣體放電有什么關(guān)系？24二、影響液體介質(zhì)擊穿電壓的因素二、影響液體介質(zhì)擊穿電壓的因素因素因素：電壓形式，電極形狀，油中水、氣、雜質(zhì)含：電壓形式，電極形狀，油中水、氣、雜質(zhì)含量，油量，溫度量，油量，溫度實驗項目實驗項目：

18、用標準油杯測量油的工頻擊穿電壓。：用標準油杯測量油的工頻擊穿電壓。 電極的邊緣為半圓形，以電極的邊緣為半圓形，以減弱邊緣效應(yīng)，使極間電場基減弱邊緣效應(yīng)，使極間電場基本均勻。本均勻。25261.電壓形式的影響電壓形式的影響Ub(油間隙油間隙) Ub(空氣間隙空氣間隙)施加時間施加時間 Ub升壓速度升壓速度 Ub液體的沖擊擊穿場強液體的沖擊擊穿場強液體的工頻擊穿場強液體的工頻擊穿場強液體沖擊系數(shù)液體沖擊系數(shù)空氣沖擊系數(shù)空氣沖擊系數(shù)變壓器油擊穿電壓與極間變壓器油擊穿電壓與極間距離關(guān)系距離關(guān)系1 -1.2/50us波波2 +1.2/50us波波3 工頻電壓工頻電壓272.2.電壓作用時間的影響電壓作用

19、時間的影響 液體電介質(zhì)的擊穿過程存在發(fā)熱、伴有溫度的升液體電介質(zhì)的擊穿過程存在發(fā)熱、伴有溫度的升高，而溫度的升高需要一定的時間。高，而溫度的升高需要一定的時間。電壓非常高電壓非常高幾微秒便擊穿幾微秒便擊穿電擊穿電擊穿擊穿電壓很高擊穿電壓很高電壓作用時間大于毫秒電壓作用時間大于毫秒熱擊穿熱擊穿一般都是熱擊穿一般都是熱擊穿 擊穿電壓隨作用時間增加而降低，但是在油不太擊穿電壓隨作用時間增加而降低，但是在油不太臟的情況下，臟的情況下，1min1min的擊穿電壓與長時間的擊穿電壓相的擊穿電壓與長時間的擊穿電壓相差不大，因此變壓器油的耐壓試驗通常加壓差不大，因此變壓器油的耐壓試驗通常加壓1min1min。

20、283.3.水分的影響水分的影響 溶解狀態(tài)：對擊穿強度無影響溶解狀態(tài)：對擊穿強度無影響 懸浮狀態(tài)：少量水份，也會使擊穿強度急劇下降懸浮狀態(tài)：少量水份，也會使擊穿強度急劇下降 沉淀狀態(tài)：即使沉淀水分增加，擊穿強度也不會沉淀狀態(tài)：即使沉淀水分增加，擊穿強度也不會 下降，但是對于油的絕緣性能非常有害。下降，但是對于油的絕緣性能非常有害。 2525時，水在油中的溶解度為十萬分之五，多余時，水在油中的溶解度為十萬分之五，多余水分以懸浮狀態(tài)存在。水分以懸浮狀態(tài)存在。 當(dāng)含水量超過當(dāng)含水量超過0.02%0.02%時，多余的水分將沉淀到容器時，多余的水分將沉淀到容器底部，以沉淀狀態(tài)存在。底部，以沉淀狀態(tài)存在。

21、29不同含水量變壓器油的擊穿場強不同含水量變壓器油的擊穿場強與溫度的關(guān)系與溫度的關(guān)系4.4.溫度的影響溫度的影響對于潮濕的油，當(dāng)溫對于潮濕的油，當(dāng)溫度發(fā)生變化時，擊穿電度發(fā)生變化時，擊穿電壓發(fā)生波動；壓發(fā)生波動；對于干燥的油，當(dāng)溫對于干燥的油，當(dāng)溫度升高時，擊穿電壓略度升高時，擊穿電壓略有下降。有下降。5.5.含氣量的影響含氣量的影響含氣量含氣量在溶解范圍內(nèi)在溶解范圍內(nèi)Eb與含氣量無關(guān)與含氣量無關(guān)在溶解范圍外在溶解范圍外Eb將下降將下降306.6.雜質(zhì)的影響雜質(zhì)的影響 纖維雜質(zhì)對纖維雜質(zhì)對U Ub b影響較大，碳粒影響不大。影響較大，碳粒影響不大。1純油純油2含含1.76mg碳碳3含含0.21

22、mg纖維纖維4含含1.12mg纖維纖維7.7.電場均勻度的影響電場均勻度的影響（1 1）穩(wěn)態(tài)電壓作用下穩(wěn)態(tài)電壓作用下 當(dāng)油純度較高時，改善電場均勻度可提高擊穿電壓，當(dāng)油純度較高時，改善電場均勻度可提高擊穿電壓，但當(dāng)油品質(zhì)較差時，改善電場均勻度效果不明顯。但當(dāng)油品質(zhì)較差時，改善電場均勻度效果不明顯。（2 2）沖擊電壓）沖擊電壓 改善電場可提高油隙的沖擊擊穿電壓，與油品質(zhì)無關(guān)。改善電場可提高油隙的沖擊擊穿電壓，與油品質(zhì)無關(guān)。318.8.油量的影響油量的影響擊穿電壓和極間距離關(guān)系擊穿電壓和極間距離關(guān)系1半球電極半球電極2尖尖電極尖尖電極均勻電場中沖擊擊穿場強與均勻電場中沖擊擊穿場強與油體積之間的關(guān)系

23、油體積之間的關(guān)系 油的擊穿場強隨浸沒電極的油量的增加而明顯下降，油的擊穿場強隨浸沒電極的油量的增加而明顯下降，這是因為油隙中缺陷（及雜質(zhì)）出現(xiàn)的概率隨油量增加這是因為油隙中缺陷（及雜質(zhì)）出現(xiàn)的概率隨油量增加而增大的緣故。而增大的緣故。 不可將小體積油的檢測結(jié)果直接用于高壓電氣設(shè)備不可將小體積油的檢測結(jié)果直接用于高壓電氣設(shè)備的絕緣設(shè)計。的絕緣設(shè)計。32三、減小雜質(zhì)影響的辦法三、減小雜質(zhì)影響的辦法1.1.提高油的品質(zhì)提高油的品質(zhì)過濾過濾：將油在壓力下連續(xù)通過濾油機中的濾紙層，：將油在壓力下連續(xù)通過濾油機中的濾紙層，油中的纖維等雜質(zhì)會被濾紙阻擋，油中大部分的水分油中的纖維等雜質(zhì)會被濾紙阻擋，油中大部

24、分的水分和有機酸也被濾紙纖維吸附。和有機酸也被濾紙纖維吸附。防潮防潮：浸油前，采用烘干、抽真空等方法去除絕緣：浸油前，采用烘干、抽真空等方法去除絕緣件中的水分，有些電氣設(shè)備，如變壓器，如不能完全件中的水分，有些電氣設(shè)備，如變壓器，如不能完全密封，則可在呼吸器的入口處放置干燥劑，以防止潮密封，則可在呼吸器的入口處放置干燥劑，以防止潮氣進入。氣進入。怯氣怯氣：先將油加熱，在真空中噴成霧狀，油中所含：先將油加熱，在真空中噴成霧狀，油中所含氣體和水分即揮發(fā)并被抽走。對于電壓等級高的電氣氣體和水分即揮發(fā)并被抽走。對于電壓等級高的電氣設(shè)備，要求在真空條件下將油注入電氣設(shè)備。設(shè)備，要求在真空條件下將油注入電

25、氣設(shè)備。332.2.采用油采用油屏蔽式絕緣屏蔽式絕緣覆蓋層：限制泄漏電流，阻止纖維小橋發(fā)展覆蓋層：限制泄漏電流，阻止纖維小橋發(fā)展絕緣層：減少油中雜質(zhì)，降低電極表面絕緣層：減少油中雜質(zhì)，降低電極表面E Emaxmax，提高擊，提高擊穿電壓穿電壓隔板（屏蔽）：阻止纖維小橋形成，又能改善電場隔板（屏蔽）：阻止纖維小橋形成，又能改善電場均勻度。均勻度。34第第3節(jié)節(jié) 固體介質(zhì)的擊穿固體介質(zhì)的擊穿主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：一、固體介質(zhì)擊穿的特點一、固體介質(zhì)擊穿的特點二、固體介質(zhì)的擊穿理論二、固體介質(zhì)的擊穿理論三、提高固體介質(zhì)強度的措施三、提高固體介質(zhì)強度的措施35一、固體介質(zhì)擊穿的特點一、固體介質(zhì)擊穿的特點E

26、 Eb b（固體）（固體）EEb b（液體）（液體）EEb b（氣體）（氣體）固體介質(zhì)的擊穿形式固體介質(zhì)的擊穿形式 電擊穿、熱擊穿、電化學(xué)擊穿電擊穿、熱擊穿、電化學(xué)擊穿固體介質(zhì)擊穿的特點固體介質(zhì)擊穿的特點擊穿場強與電壓作用時間有很大關(guān)系擊穿場強與電壓作用時間有很大關(guān)系固體介質(zhì)的擊穿為永久性破壞，如分解、融化、燒固體介質(zhì)的擊穿為永久性破壞，如分解、融化、燒擊穿場強與擊穿場強與電壓作用時間關(guān)系電壓作用時間關(guān)系焦，屬于非自恢復(fù)絕緣。焦，屬于非自恢復(fù)絕緣。36二、固體介質(zhì)的擊穿理論二、固體介質(zhì)的擊穿理論1.1.電擊穿理論電擊穿理論 純電擊穿理論（自由電子）純電擊穿理論（自由電子） 集體電子擊穿理論（電

27、子的活化）集體電子擊穿理論（電子的活化） 空間電荷理論（空間電荷作用增強的結(jié)果）空間電荷理論（空間電荷作用增強的結(jié)果）（1 1）場合）場合 固體介質(zhì)的電導(dǎo)很小、又有良好的散熱條件及介質(zhì)內(nèi)固體介質(zhì)的電導(dǎo)很小、又有良好的散熱條件及介質(zhì)內(nèi)部不存在局部放電情況，部不存在局部放電情況，E Eb b一般達一般達10105 510106 6kV/mkV/m，作用時，作用時間很短。間很短。（2 2）特征）特征擊穿電壓幾乎與周圍環(huán)境溫度無關(guān)擊穿電壓幾乎與周圍環(huán)境溫度無關(guān)除時間很短的情況外，除時間很短的情況外，U Ub b與作用時間關(guān)系不大與作用時間關(guān)系不大介質(zhì)發(fā)熱不顯著介質(zhì)發(fā)熱不顯著電場的均勻程度對擊穿電壓有顯

28、著影響電場的均勻程度對擊穿電壓有顯著影響372.2.熱擊穿理論熱擊穿理論（1 1）原因）原因 熱擊穿是由于固體介質(zhì)內(nèi)熱不穩(wěn)定過程造成的。熱擊穿是由于固體介質(zhì)內(nèi)熱不穩(wěn)定過程造成的。（2 2）過程）過程 固體介質(zhì)長期承受電壓固體介質(zhì)長期承受電壓電導(dǎo)電流、介質(zhì)極化電導(dǎo)電流、介質(zhì)極化介質(zhì)損耗介質(zhì)損耗介質(zhì)發(fā)熱介質(zhì)發(fā)熱發(fā)熱發(fā)熱散熱散熱T電導(dǎo)率電導(dǎo)率發(fā)發(fā)熱增加熱增加溫度不斷升高溫度不斷升高材料熱破壞，導(dǎo)致?lián)舸┎牧蠠崞茐?，?dǎo)致?lián)舸?）發(fā)熱與散熱的配合關(guān)系）發(fā)熱與散熱的配合關(guān)系介質(zhì)的發(fā)熱和散熱與溫度的關(guān)系介質(zhì)的發(fā)熱和散熱與溫度的關(guān)系A(chǔ)1(A2)穩(wěn)定平衡態(tài)穩(wěn)定平衡態(tài)B1(B2)不穩(wěn)定平衡態(tài)不穩(wěn)定平衡態(tài)U2U13

29、8改善曲線改善曲線2與曲線與曲線12配合關(guān)系的措施：配合關(guān)系的措施：在不改變發(fā)熱的前提下，改善散熱條件，使散熱曲線在不改變發(fā)熱的前提下，改善散熱條件，使散熱曲線的斜率增大，即的斜率增大，即 12；在不改變散熱的前提下，降低發(fā)熱，減小施加在介質(zhì)在不改變散熱的前提下，降低發(fā)熱，減小施加在介質(zhì)上的電壓，即上的電壓，即UU2，最終使發(fā)熱線與散熱線的配合有，最終使發(fā)熱線與散熱線的配合有兩個交點，并且兩個交點對應(yīng)的溫差至少要大于某一特兩個交點，并且兩個交點對應(yīng)的溫差至少要大于某一特定的溫升。定的溫升。特定溫升特定溫升：在實際使用中，：在實際使用中，固體介質(zhì)可能遇到?jīng)_擊電壓固體介質(zhì)可能遇到?jīng)_擊電壓作用而引起

30、溫度升高時都不作用而引起溫度升高時都不會進入熱擊穿區(qū)。會進入熱擊穿區(qū)。39（4 4）熱擊穿與頻率關(guān)系）熱擊穿與頻率關(guān)系未受潮的良好絕緣在直流電壓下很少發(fā)生熱擊穿未受潮的良好絕緣在直流電壓下很少發(fā)生熱擊穿當(dāng)交流電壓頻率增高時，熱擊穿的可能性比工頻時當(dāng)交流電壓頻率增高時，熱擊穿的可能性比工頻時大很多。大很多。3.3.電化學(xué)擊穿理論電化學(xué)擊穿理論現(xiàn)象現(xiàn)象：固體介質(zhì)受到電、熱、化學(xué)和機械的長期作：固體介質(zhì)受到電、熱、化學(xué)和機械的長期作用，其絕緣性能會發(fā)生劣化，最終導(dǎo)致熱擊穿或電擊用，其絕緣性能會發(fā)生劣化，最終導(dǎo)致熱擊穿或電擊穿，稱為電化學(xué)擊穿。穿，稱為電化學(xué)擊穿。原因原因：此類擊穿可能是絕緣材料內(nèi)部的

31、層間、裂紋：此類擊穿可能是絕緣材料內(nèi)部的層間、裂紋處、空穴或雜質(zhì)上的局部放電所引起的。處、空穴或雜質(zhì)上的局部放電所引起的。過程過程：E E超過超過E Eb b出現(xiàn)不可逆破壞（局部放電、電樹出現(xiàn)不可逆破壞（局部放電、電樹枝枝非完全擊穿）非完全擊穿）樹枝狀通道樹枝狀通道樹枝生長樹枝生長電介電介質(zhì)擊穿（局部放電、腐蝕擊穿、電老化）質(zhì)擊穿（局部放電、腐蝕擊穿、電老化）404142電樹枝：具有清晰的分支，樹枝管道是連續(xù)的電樹枝：具有清晰的分支，樹枝管道是連續(xù)的水樹枝：常呈現(xiàn)絨毛狀一片或多片，扇狀、羽毛狀、水樹枝：常呈現(xiàn)絨毛狀一片或多片，扇狀、羽毛狀、 蝴蝶狀蝴蝶狀 產(chǎn)生和發(fā)展水樹枝所需的場強，比產(chǎn)生和發(fā)

32、展電產(chǎn)生和發(fā)展水樹枝所需的場強，比產(chǎn)生和發(fā)展電樹枝所需場強低得多。樹枝所需場強低得多。電老化電老化：如果絕緣材料在發(fā)生局部放電，隨著加壓：如果絕緣材料在發(fā)生局部放電，隨著加壓時間的增長其絕緣逐漸變化，此過程為時間的增長其絕緣逐漸變化，此過程為“電老化電老化”。43三、影響固體電介質(zhì)擊穿電壓的因素三、影響固體電介質(zhì)擊穿電壓的因素1.1.電壓作用時間電壓作用時間 對于多數(shù)固體電介質(zhì)，其擊穿電壓隨電壓作用時間的對于多數(shù)固體電介質(zhì)，其擊穿電壓隨電壓作用時間的延長而顯著下降，明顯存在臨界點。延長而顯著下降，明顯存在臨界點。2.2.電場均勻程度與介質(zhì)厚度電場均勻程度與介質(zhì)厚度（1 1）均勻電場）均勻電場

33、在電擊穿區(qū)，擊穿場強與介質(zhì)厚度無關(guān)；在熱擊穿區(qū)，在電擊穿區(qū)，擊穿場強與介質(zhì)厚度無關(guān)；在熱擊穿區(qū)，擊穿場強隨介質(zhì)厚度增加而減小。擊穿場強隨介質(zhì)厚度增加而減小。44（2 2）不均勻電場）不均勻電場 介質(zhì)厚度增加將使電場更加不均勻，在電擊穿區(qū)，擊穿介質(zhì)厚度增加將使電場更加不均勻，在電擊穿區(qū)，擊穿電壓并非隨介質(zhì)厚度增加而線性增加；當(dāng)厚度增加到使散熱電壓并非隨介質(zhì)厚度增加而線性增加；當(dāng)厚度增加到使散熱困難，達到熱擊穿時，增加厚度便無意義了。困難，達到熱擊穿時，增加厚度便無意義了。3.3.電壓種類電壓種類直流電壓作用下的擊穿電壓要高于工頻交流作用下的擊穿直流電壓作用下的擊穿電壓要高于工頻交流作用下的擊穿電

34、壓；電壓；工頻交流擊穿電壓要高于高頻交流擊穿電壓；工頻交流擊穿電壓要高于高頻交流擊穿電壓；沖擊擊穿電壓要高于工頻交流擊穿電壓。沖擊擊穿電壓要高于工頻交流擊穿電壓。4.4.累計效應(yīng)累計效應(yīng)5.5.受潮受潮 有吸水性的介質(zhì)，易引起熱擊穿，擊穿電壓明顯下降。有吸水性的介質(zhì)，易引起熱擊穿，擊穿電壓明顯下降。6.6.溫度溫度45四四. . 提高局部放電電壓措施提高局部放電電壓措施盡量消除氣隙或者盡量減小氣隙尺寸，因氣隙的擊盡量消除氣隙或者盡量減小氣隙尺寸，因氣隙的擊穿場強隨氣隙厚度的減小而明顯提高；穿場強隨氣隙厚度的減小而明顯提高；設(shè)法提高空穴的擊穿場強，即用液體介質(zhì)或者壓縮設(shè)法提高空穴的擊穿場強，即用

35、液體介質(zhì)或者壓縮氣體填充空穴。氣體填充空穴。46第第4 4節(jié)節(jié) 組合絕緣的電氣強度組合絕緣的電氣強度1.1.介質(zhì)的組合原則介質(zhì)的組合原則 當(dāng)各層絕緣所承受的電場強度與電氣強度成正比當(dāng)各層絕緣所承受的電場強度與電氣強度成正比時，整個組合絕緣的電氣強度最高，每層絕緣材料得時，整個組合絕緣的電氣強度最高，每層絕緣材料得到了最充分、最合理的利用。到了最充分、最合理的利用。2.2.直流電壓下直流電壓下 在直流電壓下，絕緣等效為絕緣電阻，各層絕緣在直流電壓下，絕緣等效為絕緣電阻，各層絕緣分擔(dān)的電壓與其絕緣電阻（電導(dǎo)）成正比（反比），分擔(dān)的電壓與其絕緣電阻（電導(dǎo)）成正比（反比），應(yīng)當(dāng)將電氣強度高、電導(dǎo)率大的材料用在電場最強的應(yīng)當(dāng)將電氣強度高、電導(dǎo)率大的材料用在電場最強的地方。地方。473.3.交流電壓下交流電壓下 在交流和沖擊電壓下，絕緣等效為電容，各層絕在交流和沖擊電壓下，絕緣等效為電容，各層絕緣分擔(dān)的電壓與其成電容反比，應(yīng)當(dāng)將電氣強度高、緣分擔(dān)的電壓與其成電容反比，應(yīng)當(dāng)將電氣強度高、介電常數(shù)大的材料用在電場最強的地方。介電常數(shù)大的材料用在電場最強的地方。48第第5 5節(jié)節(jié) 絕緣的老化絕緣的老化電介質(zhì)的電老化電介質(zhì)的電老化電介質(zhì)的熱老化電介質(zhì)的熱老化固體介質(zhì)的機械應(yīng)力老化固體介質(zhì)的機械應(yīng)力老化固體介質(zhì)的環(huán)