固体电介质的击穿特性.docx

天津理工大学中环信息学院 教案首页 题目：固体、液体和组合绝缘的电气强度 讲授内容提要： 固体电介质的击穿特性 液体电介质的击穿特性 教学目的：掌握固体液体电击穿、热击穿理论 教学重点：理解影响固体液体击穿电压的因素及提高击穿电压的方法教学难点：理解各种电场在不同电压下的击穿电压 采用教具和教学手段：多媒体及板书 授课时间： 2014 年 9 月 1 日 授课地点： 新 教学楼 1108 教室 注：此页为每次课首页，教学过程后附；以每次（两节）课为单元编写教案。 第四章 固体、液体和组合绝缘的电气强度本次课主要内容： 固体电介质的击穿特性 液体电介质的击穿特性 固体电介质击穿的机理 气、固、液三种电介质中，固体密度最大，耐电强度最高。 固体电介质的击穿过程最复杂，且击穿后是唯一不可恢复的绝缘。普遍规律：任何介质的击穿总是从电气性能最薄弱的缺陷处发展起 来的，这里的缺陷可指电场的集中，也可指介质的不均匀性。 固体电介质击穿特性的划分 区域A区域BΦ 区域A 区域B Φ 50 区域C Φ 100 1 5 μs s min 278h ） ％ （ 数比分百的压耐钟分一为压电穿击 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 10 -1 1 10 1 10 2 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 时间（μs） 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。 热击穿 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 升高导致固体电介质电阻下降，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， 以致引起电介质分解炭化，最终击穿，这一过程称为电介质的热击穿过程。 影响固体介质击穿电压主要因素 电压的作用时间 温度 电场均匀度和介质厚度 电压频率 受潮度的影响 机械力的影响 多层性的影响 累积效应的影响 提高电介质击穿电压的方法 改进绝缘设计如采取合理的绝缘结构，使各部分绝缘的耐电强度能与共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，把边缘效应减到最小；改善电极与绝缘体的接触状态， 消除接触处的气隙或使接触处的气隙不承受电位差。 改进制造工艺清除固体电介质中残留的杂质、气泡、水分等改善运行条件 注意防潮，加强散热冷却等。 固体电介质的老化 老化——电气设备的绝缘在长期运行过程中会发生一系列物理变化(如固体介质软化或熔解,低分子化合物及增塑剂的挥发)和化学变化(如氧化,电解,电离,生成新物质), 致使其电气,机械及其他性能逐渐劣化。 环境老化：光氧老化（主要）、臭氧老化、盐雾酸碱等污染性化学老化。 固体电介质的电老化 在电场的长时间作用下逐渐使介质的物理、化学性能发生不可逆的劣化，最终导致击穿。电老化的类型：电离性老化、电导性老化和电解性老化。前两种主要在交流电压下产生，后一种主要在直流电压下产生 热老化 在较高温度下，固体介质会逐渐热老化。热老化的主要过程为热裂解、氧化裂解、交联、以及低分子挥发物的进出。热老化的象征大多为介质失去弹性,变僵硬，变脆．发生龟裂。设备“绝缘寿命” 与其“工作温度”之间的关系： 0蒙辛格热老化规则: T ? Ae?? ?? ?? ? ? Ae???? 0 该类设备绝缘的工作温度如提高 10℃（或8℃，6℃），绝缘寿命便缩短到原来的一半。 液体电介质击穿的机理 纯净液体电介质的电击穿理论 液体中因强场发射等原因产生的电子，在电场中被加速，与液体分子发生碰撞电离 在极不均匀电场中变压器油的击穿过程，先在尖电极附近开始电离， 电离开始阶段以后是流注发展阶段，流注分级地向另一电极发展，放电通道出现分枝，最后流注通道贯通整个间隙 与长空气间隙的放电过程很相似 纯净液体电介质的气泡击穿理论 当外加电场较高时，液体介质内由于各种原因产生气泡 电子电流加热液体，分解出气体； 电子碰撞液体分子，使之解离产出气体； 静电斥力，电极表面吸附的气泡表面积累电荷，当静电斥力大于液体表面张力时，气泡体积变大； 4 串联介质中，场强的分布与介质的介电常数成反比-局放-热-体积膨胀-气体小桥 非纯净液体电介质的小桥击穿理论 液体中的杂质在电场力的作用下，在电场方向定向，并逐渐沿电力线方向排列成杂质的“小桥 水分及纤维等的电导大，引起泄漏电流增大、发热增多，促使水分汽化、气泡扩大 液体电介质最后在气体通道中发生击穿 影响液体电介质击穿电压的因素用标准油杯来检查油的质量 平板电极间电场均匀，油中稍有含水、含杂，含气等击穿电压就明显下