固体电介质的击穿

时间:2023-03-11作者:佚名


  耐电强度,空气固体电介质的击穿
       液体固体电介质的击穿
       固体十几至几百固体电介质的击穿
  固体——击穿孔机过程复杂,击穿后不可恢复
 一、 固体介质的击穿过程
  1.固体电介质击穿特性划分
  几种不同的击穿形式:
  ①电击穿:和气击穿相类似
  ②热击穿:与整过程相互关系
  ③电化学击穿:长时间——电老化 图4-19
   固体电介质的击穿
  电击穿和热击穿
  油浸电工纸板(图4-20)时间短,电击穿,伏秒特性,固体电介质的击穿
  恒定,电击穿,时间↑——击穿电压下降,热击穿
  电老化——数千小时,数年
   固体电介质的击穿
  图4-21聚乙烯,试验曲线,              >to热击穿
  to 转折湿度,不同材料不同
  同一种材料,厚,介质损耗大,散热困难,to低,易热击穿
  2.电击穿
  电击穿理论——固体电介质中发生碰撞电离,少量传导电子在电场加速下与晶格特点上的原子碰撞,从面击穿两种碰撞电离理论——电子崩击穿理论。
  点击穿特征:电压作用时间短,地击穿电压高,击穿电压和介质温度、散热条件、介质厚度频率等因素无关大局,与电场均匀程度关系极大,与介质特性有很大关系。并有累积效应,随冲击电压次数增多而下降。
  3.热击穿:介质损耗使固体在电场中会发热升温,进而导致介质电阻下降,电位增大,发热增大,同时也存在一个通过电极及其他介质向外不断散热过程,温度升高,电介质分解炭化,最终击穿。
  图4-22
  平板状电介质发热,散热因素,热击穿电压
  固体电介质的击穿
  H介质厚度,tk热击穿孔机临界温度
  ①发热因素固体电介质的击穿
  ②散热因素固体电介质的击穿 及固体电介质的击穿
  ③介质厚度h,分子分母都有固体电介质的击穿不一定,加厚不一定有效(指热击穿)
  4.电化学击穿(电老化)
  电场长期作用下,使介质物理学,化学性能不不可逆的劣化,击穿。
  (1)电离性老化
  介质同夹层或介质内部如果存在气隙或气泡,在交变场下气泡的场强会比邻近固体介质内的场强大得多,而气体的起始电离场强又比固体介质低得多,所以在该气隙或气泡内很容易发生电离。后果不良——开裂,分层,电导和介质损耗增大,有机绝缘物分解,气体加入电离,腐化材料,造成电场畸变,局间过高电压,电离发展,临近绝缘物破坏(变酥,炭化)间隙发展,放电通道树枝状,电树枝。
  过程与局部放电密切相关——局部放电水平作为绝缘质量的指标。
  (2)电导性老化
  绝缘层中存在液态导电物质(水)、E超过一定值,液体沿电场方向浸入到绝缘层中,形成水树枝,所需场强比“电树枝”低,原因是液中离子反复冲击绝缘的
  (3)电解性老化,直流电压长期作用,低于局部起始电压,电化学过程,逐渐老化,击穿。
  (4)表面漏电起痕及电蚀损
 二、 影响固体电介质击穿电压的因素
  (1)电压作用时间
  时间长固体电介质的击穿低——足够长,热击穿孔机,电老化,固体电介质的击穿注意长期电气性能
  (2)温度
  环境温度高,电击空→热面呈空固体电介质的击穿
  (3)电场均匀程度
  均匀场中,固体电介质的击穿随厚度增加而线性增加
  不均匀场中,介质均度越大,电场越不均匀,固体电介质的击穿不再线性上升,厚度加到散热困难,出现热击穿时,厚度没意义了
  (4) 电压种类
  冲击击穿电压比工频击空电压高。直流电压下固体电介质损耗小,直流击穿电压也比工频峰值击穿电压高。高频下局部放严重,发热也严重,其击穿电压最低。
  (5) 累积效应
  固体绝缘的损伤是不可恢复性损伤,在多次施加同样同幅值电压时,若每次都产生一定程度的绝缘损伤,则绝缘的损伤可逐步累积,最终击穿在该电压正好生。电压太低时,没有累积效应。
  (6)受潮
  极为重要影响,不易受潮材料,例如聚四氟乙烯,受潮后击穿电压下降一半左右,易受潮材料剩几百分之一。
  (6) 机械负荷
  应力可能造成绝缘材料开裂,松散,使得击穿电压下降。
 三、 电介质的其他性能
  1.热性能
  (1)耐热性
  电气设备的容量,减少体积,减少重量,降低成本都有非常重要的意义。提高介质的工作温度。电介质工作温度由耐热性决定,保证安全运行的工作温度。
  ①短时耐热性。高温下,短时就能明显损坏,如软化,硬化、气化、炭化、氧化、开裂的温度
  ②热劣化与长期耐热性。稍高温,长时间,发生绝缘性能不可逆变化,热劣化。确定寿命条件下,不产生热损坏的最高允许温度。
  (2)耐热等级
  介质热老化的程度决定于温度受热作用时间,为了能有一个绝缘合理的使用寿命,规定一个最高持续工作温度,表4-3
  材料的使用温度起超过规定温度,则劣化加速,温度高寿命短,80C规则:绝缘材料A级,使用温度>1050C 80C寿命减半
  绝缘材料B级,使用温度>1300C 100C寿命减半
  绝缘材料H级,使用温度>1800C 120C寿命减半
  耐热等级——材料,结构,电工产品
  湿度指数——材料
  鉴别标志——结构
  耐热等级——产品
  如绝缘寿命主要由热老化决定,则设备寿命与负荷关系密切,允许负荷大,则投资效益高,但湿温升高,热老化加快,寿命短,欲使设备寿命长,温度规定低,允许负荷小,运行期间投资效益低,为获得最佳综合经济效益——规定设备经济合理正常的使用期限电力设备,20-25年。
  (3)电介质的耐寒性
  绝缘材料在低温下保证安全运行的最低许可温度,开裂,凝固
  2.机械性能
  脆性,塑性,弹性
  3.吸潮性能
  4.化学性能及抗生物性能

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