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课件

1、李卫国李卫国 +60105052lwglixitom第第5 5讲固体电介质的击穿讲固体电介质的击穿一、固体电介质的击穿过程一、固体电介质的击穿过程1. 1. 固体电介质击穿特性固体电介质击穿特性的划分的划分区 域区 域 A A ： 击 穿 时 间 小 于： 击 穿 时 间 小 于1010s s 的区域，此范围内击穿的区域，此范围内击穿电压随击穿时间的缩短而提高电压随击穿时间的缩短而提高。类似于气体介质击穿的伏秒。类似于气体介质击穿的伏秒特性特性区域区域B B：击穿时间在：击穿时间在1.0 1.0 0.2 0.2 s s范围的区域，此范范围的区域，此范围内击穿电压恒定，

2、与时间无围内击穿电压恒定，与时间无关关这两个区域内的击穿都具这两个区域内的击穿都具有电击穿的性质有电击穿的性质区域B区域A区域Cssmin278h5015.310010-1 1 101 102 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012时间（s）500450400350300250200150100500击穿电压为一分钟耐压的百分比数 （）电工纸板的击穿电压电工纸板的击穿电压与电压作用时间的关系与电压作用时间的关系 区域区域C：击穿电压随击穿：击穿电压随击穿前时间的增加而明显下降，具前时间的增加而明显下降，具有热击穿的特点有热击穿的特点区域区域D ：C

3、区以外区以外区域B区域A区域Cssmin278h5015.310010-1 1 101 102 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012时间（s）500450400350300250200150100500击穿电压为一分钟耐压的百分比数 （）电工纸板的击穿电压电工纸板的击穿电压与电压作用时间的关系与电压作用时间的关系 电化学击穿、电老化电化学击穿、电老化，击穿时间在几十个小时，击穿时间在几十个小时以上，甚至几年以上，甚至几年 （1 1电击穿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，固体电介电击穿理论建立在固体电介质中发生碰撞电离基础上，固

4、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。而击穿。电击穿的特点：电击穿的特点：时间影响。电压作用时间短，击穿电压高；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

5、性能逐渐下降，称为累积效应。介质击穿电完全击穿现象，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2.2.固体击穿理论固体击穿理论 热击穿的概念：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进一步增

6、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，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的热击穿过程 （2 2） 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

7、降，表明击穿已涉及到明显的热过程加而下降，表明击穿已涉及到明显的热过程A AB B504030201000 20 40 60 80 100 120 140 160crcr()()Ub（kV）（有效值）交变电压下电瓷的击穿电压与温度的关系交变电压下电瓷的击穿电压与温度的关系 热击穿的理论分析热击穿的理论分析电电 压：压： U1 U1U2U2U3U3曲线曲线1,2,3 1,2,3 ： 电介质发热量电介质发热量Q Q与介质中最高温度与介质中最高温度tmtm的关系的关系直线直线 4 4： 表示固体介质中最高温度大于周围环境温表示固体介质中最高温度大于周围环境温度度t0t0时，散出的热量时，散出的热量Q

8、 Q与介质中最高温度与介质中最高温度tmtm的的关系关系 不同外施电压下介质发热散热与介质温度的关系不同外施电压下介质发热散热与介质温度的关系 曲线曲线 1 1：发热永远大于散热，介质温度将不断升高，在电压发热永远大于散热，介质温度将不断升高，在电压U1U1下最终必定发生热击穿下最终必定发生热击穿不同外施电压下介质发热散热与介质温度的关系不同外施电压下介质发热散热与介质温度的关系 曲线曲线 2 2：与直线与直线4 4相切，相切，U2U2为临界热击穿电压；为临界热击穿电压；tktk为临界热击穿温度为临界热击穿温度不同外施电压下介质发热散热与介质温度的关系不同外施电压下介质发热散热与介质温度的关系

9、 曲线曲线 3 3：t t ta ta 时：曲线在直线时：曲线在直线4 4之下，不发生热击穿，介质之下，不发生热击穿，介质温度逐渐升高并稳定在温度逐渐升高并稳定在tata，称，称tata为稳定热平衡点为稳定热平衡点t tb t tb 时：情况类似曲时：情况类似曲线线1 1，最终发生热击穿，最终发生热击穿t = tb t = tb 时：发热等于散时：发热等于散热，但因扰动使热，但因扰动使t t大于大于tbtb，则，则介质温度上升，回不到介质温度上升，回不到tbtb，直，直至热击穿。称至热击穿。称tbtb为不稳定热平为不稳定热平衡点衡点 ta t tbta t 18090 105 120 130

10、155 180 180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。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。如能凝固。如1010、2525、4040号变压器油分别表示其凝固温度为号变压器油分别表示其凝固温度为- -1010、-25-25、-40-402. 2. 机械性能机械性能有脆性、塑性和弹性三种。有脆性、塑性和弹性三种。3. 3. 吸潮性能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。言，非极性电介质吸湿性低，极性电介质吸湿性较强。 4. 4. 化学性能及抗生物性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；剂等；抗生物性指材料抗霉菌、昆虫的性能，在湿热地区尤为抗生物性指材料抗霉菌、昆虫的性能，在湿热地区尤为重要。重要。四、提高固