《电介质物理》课件电介质的击穿4.ppt

* 《工程电介质物理学》 电介质的击穿（4） Breakdown of Dielectrics 李建英 2012年4月~5月 电力设备电气绝缘国家重点实验室 State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment 上节课小结: 气体介质的击穿 （1）负电性气体的击穿 自持放电的判据： （2）极不均匀电场中气体的击穿 电晕起始电压：针为正极性时高 击穿电压：针为负极性时高 （3）液体介质的击穿 高纯度液体的击穿理论：碰撞电离 气泡击穿理论：热化气、电离化气 杂质击穿理论：水桥、固体杂质小桥模型 电力设备电气绝缘国家重点实验室 State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment 判据：碰撞电离开始 判据：碰撞电离发展到一定程度 电力设备电气绝缘国家重点实验室 State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment 4.固体电介质的击穿 一.概述 与气体、液体介质相比，固体介质的击穿有何不同： 固体介质的击穿场强较高 击穿后在材料中留下有不能恢复的痕迹，如烧焦或溶化 的通道、裂缝等，去掉外施电压，不能自行恢复绝缘性能 击穿形式 热击穿 电击穿 不均匀介质局部放电引起击穿 固体电介质击穿场强 与电压作用时间的关系 电力设备电气绝缘国家重点实验室 State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment （一）热击穿 由于电介质内部热的不稳定过程所造成的。 影响因素 与材料的性能有关 绝缘结构（电极的配置与散热条件）及电压种类、环境温度等有关 因此热击穿强度不能看作是电介质材料的本征特性参数 （二）电击穿在较低温度下，采用了消除边缘效应的电极装置等严格控制的条件下，进行击穿试验时所观察到的一种击穿现象。 电力设备电气绝缘国家重点实验室 State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment 主要特性： 击穿场强高（大致在5～15MV/cm范围） 在一定温度范围内，击穿场强随温度升高而增大，或变化不大 反映了固体介质耐受电场作用能力的最大限度 仅与材料的化学组成及性质有关，材料的特性参数之一，又称为耐电 强度或电气强度 （三）不均匀电介质的击穿 包括固体、液体或气体组合构成的绝缘结构中的一种击穿形式。 击穿往往是从耐电强度低的气体中开始，表现为局部放电，然后或快或慢地随时间发展至固体介质劣化损伤逐步扩大，致使介质击穿。 电力设备电气绝缘国家重点实验室 State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment 二.固体电介质的热击穿 (一)瓦格纳热击穿理论 瓦格纳热击穿模型 设固体介质置于平板电极a、b之间，该介质有一处或几处的电阻比其周围小得多，构成电介质中的低阻导电通道 。 设通道的横截面积S长度为d 导电率直流电压U 单位时间产生的热量: 单位时间散出的热量: 散热系数 又 ——导电通道在温度t0时的电导率； α——温度系数。 电力设备电气绝缘国家重点实验室 State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment 发热与散热曲线 ? 是温度的函数，所以发热量Q1也是温度 的函数，因此对于不同的电压U值，Q1与t 的关系是一簇指数曲线，曲线1、2、3分别 为在电压U1、U2、U3 （U1＞U2＞U3） 作用下，介质发热量与介质导电通道温度的 关系。而散热量Q2与温度差（t－t0）成正比， 如图中曲线4所示 电力设备电气绝缘国家重点实验室 State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment 在切点t应满足以下两个条件 将5-54、55、56代入上式 考虑到 热击穿临界电压 ——ρ0是0℃时导电通道的电阻率 瓦格纳热击穿理论适用条件： 瓦格纳热击穿理论适用于一些固体介质中存在有电阻率比其周围小得多的 通道的情况，如绝缘纸、橡胶等材料。 对于玻璃、石英等较均匀的介质，瓦格纳理论显然就不适用了。 此外，瓦格纳理论中有关导电通道的本质、大小电导率和散热系数等均是 未知数，要用它来计算固体介质的热击穿电压还是困难的。 电力设备电气绝缘国家重点实验室 State Ke