秋高電壓工程-電介質(zhì)篇第五講

1、作業(yè)與預(yù)習(xí)作業(yè)4-4，4-5，4-10，4-11，4-13，4-16，4-18，4-24，4-27預(yù)習(xí)第5章1高電壓工程第4章 電介質(zhì)篇(Continue)24.7 固體電介質(zhì)的擊穿4.7.1 固體電介質(zhì)的擊穿過程4.7.2 有機絕緣材料的電樹老化4.7.3 影響固體電介質(zhì)擊穿電壓的主要因素4.7.4 電介質(zhì)擊穿過程中的空間電荷效應(yīng)3在氣、固、液三種電介質(zhì)中，固體密度最大，耐電強度也最高固體電介質(zhì)的擊穿過程最復(fù)雜，且擊穿后是唯一不可恢復(fù)的絕緣耐電強度：空氣的耐電強度一般在3 4 kV/mm左右；液體的耐電強度在10 20 kV/mm；而固體的耐電強度在十幾 幾百kV/mm；普遍規(guī)律：任何介質(zhì)的

2、擊穿總是從電氣性能最薄弱的缺陷處發(fā)展起來的，這里的缺陷可指電場的集中，也可指介質(zhì)的不均勻性44.7.1 固體電介質(zhì)的擊穿過程1. 固體電介質(zhì)擊穿特性的劃分固體電介質(zhì)擊穿特性的劃分：分為四個區(qū)域區(qū)域A：擊穿時間小于10微秒的區(qū)域，在此范圍內(nèi)擊穿電壓隨擊穿時間的縮短而提高。類似于氣體介質(zhì)擊穿的伏秒特性區(qū)域B：擊穿時間在10 s 0.2 s范圍的區(qū)域，此范圍內(nèi)擊穿電壓恒定，與時間無關(guān)。顯然這兩個區(qū)域內(nèi)的擊穿都具有電擊穿的性質(zhì)。區(qū)域C：擊穿電壓隨擊穿前時間的增加而明顯下降，具有熱擊穿的特點D區(qū)域：C區(qū)以外電工紙板的擊穿電壓與電壓作用時間的關(guān)系 5A、B 區(qū)：擊穿屬于電擊穿C 區(qū)： 屬于熱擊穿D區(qū)： 為

3、電化學(xué)擊穿、 電老化，擊穿時 間在幾十個小時 以上，甚至幾年 電工紙板的擊穿電壓與電壓作用時間的關(guān)系 62. 電擊穿電擊穿理論是建立在固體電介質(zhì)中發(fā)生碰撞電離基礎(chǔ)上的，固體電介質(zhì)中存在的少量傳導(dǎo)電子，在電場加速下與晶格結(jié)點上的原子碰撞，從而擊穿。電擊穿理論本身又分為兩種解釋碰撞電離的理論：固有擊穿理論與電子崩擊穿理論7A(E,T0)=B(,T0)A(E,T0)：電場作用下單位時間內(nèi)電子獲得的能量B(,T0)：單位時間電子碰撞損失的能量E：電場，：標(biāo)志電子的狀態(tài)因子，T0：晶格溫度固有擊穿理論：在某一場強值內(nèi)，上述關(guān)系式成立，獲得和失去的能量平衡，超過則不成立，引起破壞，稱之為固有擊穿理論電子崩

4、擊穿理論：當(dāng)上述平衡破壞后，電子整體上得到加速，與晶格產(chǎn)生碰撞電離，反復(fù)碰撞形成電子崩，電場作用下給電子注入能量激增，導(dǎo)致介質(zhì)結(jié)構(gòu)破壞，稱之為電子崩擊穿理論8電擊穿的特點時間影響：電壓作用時間短，擊穿電壓高介質(zhì)特性：如果介質(zhì)內(nèi)含氣孔或其它缺陷，對電 場造成畸變，導(dǎo)致介質(zhì)擊穿電壓降低 電場均勻度：電場的均勻程度影響極大 累積效應(yīng)：在極不均勻電場及沖擊電壓作用下， 介質(zhì)有明顯的不完全擊穿現(xiàn)象，不完 全擊穿導(dǎo)致絕緣性能逐漸下降的效應(yīng) 稱累積效應(yīng)。介質(zhì)擊穿電壓會隨沖擊 電壓施加次數(shù)的增多而下降無關(guān)因素：擊穿電壓和介質(zhì)溫度、散熱條件、介 質(zhì)厚度、頻率等因素都無關(guān)93. 熱擊穿例：實驗曲線分A、B兩個范圍

5、在A范圍內(nèi)：擊穿電壓和介質(zhì)溫度無關(guān)，屬于電擊穿性質(zhì)在B范圍內(nèi)：當(dāng)溫度超過某臨界值后，擊穿電壓隨介質(zhì)溫度的增加而下降，這表明擊穿已涉及到明顯的熱過程交變電壓下電瓷的擊穿電壓與溫度的關(guān)系 10熱擊穿的概念：由于介質(zhì)損耗的存在，固體電介質(zhì)在電場中會逐漸發(fā)熱升溫，溫度的升高又會導(dǎo)致固體電介質(zhì)電阻的下降，使電流進一步增大，損耗發(fā)熱也隨之增大。在電介質(zhì)不斷發(fā)熱升溫的同時，也存在一個通過電極及其它介質(zhì)向外不斷散熱的過程。如果同一時間內(nèi)發(fā)熱超過散熱，則介質(zhì)溫度會不斷上升，以致引起電介質(zhì)分解炭化，最終擊穿，這一過程稱電介質(zhì)的熱擊穿過程 11熱擊穿的理論分析電壓：U1U2U3曲線1,2,3 ：電介質(zhì)發(fā)熱量Q與介質(zhì)

6、中最高溫度tm的關(guān)系 直線4：表示固體介質(zhì)中最高溫度大于周圍環(huán)境溫度t0 時，散出的熱量Q與介質(zhì)中最高溫度tm的關(guān)系 不同外施電壓下介質(zhì)發(fā)熱散熱與介質(zhì)溫度的關(guān)系 12曲線 1：發(fā)熱永遠(yuǎn)大于散熱，介質(zhì)溫度將不斷升 高，在電壓U1下最終必定發(fā)生熱擊穿不同外施電壓下介質(zhì)發(fā)熱散熱與介質(zhì)溫度的關(guān)系 13曲線3：t ta時：曲線在直線4之下，不發(fā)生熱擊穿，介質(zhì)溫度逐漸升高并穩(wěn)定在ta，稱ta為穩(wěn)定熱平衡點t tb時：情況類似曲線 1，最終發(fā)生熱擊穿t = tb時：發(fā)熱等于散熱，但因擾動使t大于tb，則介質(zhì)溫度上升，回不到tb，直至熱擊穿。稱tb為不穩(wěn)定熱平衡點 ta t 180根據(jù)這個絕緣耐熱等級可以進行設(shè)備運行負(fù)荷的最佳經(jīng)濟性設(shè)計37電介質(zhì)的耐寒性耐寒性則是絕緣材料在低溫下保證安全運行的最低許可溫度，否則，固體可能變脆、開裂，液體可能凝固。如10、25、40號變壓器油分別表示其凝固溫度為-10、-25、-40382. 機械性能有脆性、塑性和彈性三種3. 吸潮性能在潮濕地區(qū)要選用吸濕性小、憎水性強的材料。一般而言，非極性電介質(zhì)吸濕性