液体、固体电介质的性能-固体电介质的击穿（高电压技术）

高电压技术—固体电介质的击穿了解原子的结构及电离的概念学习目标能把提高固体介质击穿电压措施应用在工程实践上知晓固体介质的三种击穿形式及特点知晓、领会影响固体介质击穿的主要因素了解固体介质的作用、分类及特点01固体电介质的击穿理论概述一.固体电介质的击穿1.固体电介质的固有耐电强度比气体和液体电介质高。通常，空气的耐电强度一般在3kV/mm~40kV/mm左右；液体的耐电强度在10kV/mm~20kV/mm；而固体的耐电强度在十几~几百kV/mm2.固体电介质的击穿过程最复杂，且击穿后其绝缘性能不能恢复。固体电介质击穿后会出现烧焦或熔化的通道、裂缝等，即使去掉外施电压，也不能像气体、液体电介质那样恢复绝缘性能，属于非自恢复绝缘。1、电击穿与气体击穿过程相似。作用时间短，击穿电压高。2、热击穿由热不稳定过程造成的。3、电化学击穿作用时间长，击穿电压低击穿形式：一.固体电介质的击穿固体电介质击穿场强与电压作用时间的关系电击穿机理固体电介质的电击穿理论与气体的击穿相似，认为是在强电场作用下，电介质内部少量的带电质点剧烈运动，发生碰撞游离形成电子崩，当电子崩足够强时，破坏了固体电介质的晶格结构导致击穿。1.电击穿一.固体电介质的击穿电击穿特点电压作用时间短；击穿电压高；击穿电压与环境温度无关；电场均匀程度对击穿电压影响很大。1.电击穿一.固体电介质的击穿热击穿是由于固体电介质内部的热不稳定过程造成的。在长期电压作用下，由于电导和极化损耗的存在，使介质发热升温，而电介质电导具有正的温度系数，温度升高电导变大，损耗发热也随之增大。如果散热条件不好或电压达到某一临界值，使发热量超过散热量，则介质的温度会不断上升，以致引起电介质分解、炭化或烧焦，最终击穿。热击穿机理2.热击穿一.固体电介质的击穿热击穿电压随环境温度的升高呈指数规律下降；随外施电压作用时间的增长而下降；随外施电压频率的增高而下降；周围媒质的散热条件越差，热击穿电压越低；固体电介质的厚度增加或其tgδ增大，都会使介质发热量增大，导致热击穿电压下降。热击穿特点2.热击穿一.固体电介质的击穿电化学击穿机理电介质在运行中长期受到电、热、化学和机械力等的联合作用，使其物理、化学性能发生不可逆的劣化，最终导致击穿。3.电化学击穿一.固体电介质的击穿电化学击穿特点电化学击穿是固体电介质在电压长期作用下劣化、老化而引起的，它与固体电介质本身的制造工艺、工作条件等有密切关系，击穿电压比电击穿和热击穿更低，甚至在工作电压下都可能发生。3.电化学击穿一.固体电介质的击穿思考1.在雷电冲击作用下的固体电介质往往以哪种形式击穿？2.在高温环境下或受潮时固体电介质往往以哪种形式击穿？3.在长期工作电压作用下的固体电介质往往以哪种形式击穿？4.固体电介质的厚度增加，越容易发生哪种形式的击穿？一.固体电介质的击穿02影响固体电介质击穿电压的因素二.影响固体电介质击穿电压的因素影响因素影响因素电压作用时间电场均匀程度和介质厚度温度电压种类受潮累积效应机械负荷1.电压作用时间1-66电压作用时间越长，击穿电压越低，而且对于大多数固体电介质来说存在着明显的分界点。当电压作用时间足够长，以致引起热击穿或电化学击穿时，击穿电压急剧下降。1-66二.影响固体电介质击穿电压的因素2.电场均匀程度和介质厚度在均匀电场中，固体电介质的击穿电压要高于不均匀电场中的击穿电压，且其击穿电压随着介质厚度的增加近似地成线性增加。在不均匀电场中，介质厚度越大，电场越不容易均匀，击穿电压不再随厚度的增加而线性增加。值得注意的一点是，当介质厚度增加到散热困难以致出现热击穿时，再靠继续增加厚度来提高击穿电压就没有多大意义了。二.影响固体电介质击穿电压的因素3.温度工频电压下电瓷的击穿电压与温度的关系当环境温度较低时：固体电介质击穿电压与温度几乎无关，属于电击穿；当环境温度高到一定程度：电击穿转为热击穿，击穿电压大幅度下降。且环境温度越高，热击穿电压越低。不同材料，临界温度t0不同即使同一材料，t0值也因介质厚度、冷却条件和所加电压性质等因素的不同而在很大范围内变动。二.影响固体电介质击穿电压的因素4.电压种类在相同条件下，固体电介质在直流、交流和冲击电压下的击穿电压往往是不同的。在直流电压下，固体电介质的损耗（主要为电导损耗）比工频交流电压下的损耗（除电导损耗外，还包括极化损耗甚至还有游离损耗）小，电介质发热少，因此直流击穿电压比工频击穿电压（幅值）高。而交流电压下，工频交流击穿电压要高于高频交流击穿电压，因为高频下局部放电严重，发热也严重，使其击穿电压最低。在冲击电压下，由于电压作用时间极短，热的效应和电化学的影响来不及起作用，因此击穿电压比工频交流和直流下都高。冲击电压＞直流电压＞工频交流电压＞高频电压二.影响固体电介质击穿电压的因素5.受潮1.固体介质受潮后其击穿电压的下降程度与材料的吸水性有关。2.对不易吸潮的电介质，如聚乙烯、聚四氟乙烯等，受潮后击穿电压下降一半左右；3.对易吸潮的电介质，如棉纱、纸等纤维材料，受潮后击穿电压仅为干燥时的几百分之一。二.影响固体电介质击穿电压的因素6.累积效应固体电介质属于非自恢复绝缘，每次施加某一电压时，都会使绝缘产生一定程度的损伤，在多次施加同样电压时，绝缘的损伤会逐步积累，称为累积效应。累积效应使固体电介质的绝缘性能劣化，导致击穿电压下降。为什么绝缘出厂试验高于预防性试验标准二.影响固体电介质击穿电压的因素7.机械负荷均匀和致密的固体电介质在弹性限度内，击穿电压与其机械变形无关但对某些具有孔隙的不均匀固体电介质，机械应力和变形对其击穿电压影响较大。机械应力可能使电介质中的孔隙减少或缩小，从而使击穿电压提高；也可能使某些原来较完整的电介质产生开裂、松散，如该介质放在气体中，则气体将填充到裂缝内，从而使击穿电压下降。二.影响固体电介质击穿电压的因素03提高固体电介质的击穿电压的措施三.提高固体电介质的击穿电压的措施1.改进绝缘设计采用合理的绝缘结构，使各部分绝缘的耐电强度与其所承担的场强有适当的配合；改善电极形状及表面光洁度，尽可能使电场分布均匀。使边缘效应减小到最小程度改善电极与电介质的接触状态，消除接触处的气隙或使接触处的气隙不承受电位差改进密封结构，确保可靠密封等。2.改进制造工艺环氧树脂真空浇注罐尽可能地清除固体电介质中残留的杂质、气泡、水分等，使固体电