第四章固體液體和組合絕緣電氣強(qiáng)度

1、第四章固體液體和組合絕緣電氣強(qiáng)度第四章固體液體和組合絕緣電氣強(qiáng)度2n氣、固、液三種電介質(zhì)中，固體密度最大，耐電氣、固、液三種電介質(zhì)中，固體密度最大，耐電強(qiáng)度最高強(qiáng)度最高n固體電介質(zhì)的擊穿過(guò)程最復(fù)雜，且擊穿后是唯一固體電介質(zhì)的擊穿過(guò)程最復(fù)雜，且擊穿后是唯一不可恢復(fù)的絕緣不可恢復(fù)的絕緣n普遍規(guī)律：任何介質(zhì)的擊穿總是從電氣性能最薄普遍規(guī)律：任何介質(zhì)的擊穿總是從電氣性能最薄弱的缺陷處發(fā)展起來(lái)的，這里的缺陷可指電場(chǎng)的弱的缺陷處發(fā)展起來(lái)的，這里的缺陷可指電場(chǎng)的集中，也可指介質(zhì)的不均勻性集中，也可指介質(zhì)的不均勻性 固體電介質(zhì)擊穿的機(jī)理第四章固體液體和組合絕緣電氣強(qiáng)度3區(qū)域B區(qū)域A區(qū)域Cssmin278h50

2、15.310010-1 1 101 102 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012時(shí)間（s）500450400350300250200150100500擊穿電壓為一分鐘耐壓的百分比數(shù) （）電工紙板的擊穿電壓與電壓作用時(shí)間的關(guān)系 1. 固體電介質(zhì)擊穿特性的劃分AB：電擊穿C：熱擊穿第四章固體液體和組合絕緣電氣強(qiáng)度4n電擊穿理論建立在固體電介質(zhì)中發(fā)生碰撞電離基電擊穿理論建立在固體電介質(zhì)中發(fā)生碰撞電離基礎(chǔ)上，固體電介質(zhì)中存在少量傳導(dǎo)電子，在電場(chǎng)礎(chǔ)上，固體電介質(zhì)中存在少量傳導(dǎo)電子，在電場(chǎng)加速下與晶格結(jié)點(diǎn)上的原子碰撞，從而擊穿加速下與晶格結(jié)點(diǎn)上的原子碰撞，從

3、而擊穿2. 電擊穿第四章固體液體和組合絕緣電氣強(qiáng)度53. 熱擊穿熱擊穿A AB B504030201000 20 40 60 80 100 120 140 160crcr()()Ub（kV）（有效值）交變電壓下電瓷的擊穿電壓與溫度的關(guān)系 第四章固體液體和組合絕緣電氣強(qiáng)度6熱擊穿的概念：熱擊穿的概念： 由于介質(zhì)損耗的存在，固體電介質(zhì)在電場(chǎng)中會(huì)逐漸發(fā)熱由于介質(zhì)損耗的存在，固體電介質(zhì)在電場(chǎng)中會(huì)逐漸發(fā)熱升溫，溫度升高導(dǎo)致固體電介質(zhì)電阻下降，電流進(jìn)一步增升溫，溫度升高導(dǎo)致固體電介質(zhì)電阻下降，電流進(jìn)一步增大，損耗發(fā)熱也隨之增大。大，損耗發(fā)熱也隨之增大。 在電介質(zhì)不斷發(fā)熱升溫的同時(shí)，也存在一個(gè)通過(guò)電極及在電

4、介質(zhì)不斷發(fā)熱升溫的同時(shí)，也存在一個(gè)通過(guò)電極及其它介質(zhì)向外不斷散熱的過(guò)程。如果同一時(shí)間內(nèi)發(fā)熱超過(guò)其它介質(zhì)向外不斷散熱的過(guò)程。如果同一時(shí)間內(nèi)發(fā)熱超過(guò)散熱，則介質(zhì)溫度會(huì)不斷上升，以致引起電介質(zhì)分解炭化，散熱，則介質(zhì)溫度會(huì)不斷上升，以致引起電介質(zhì)分解炭化，最終擊穿，這一過(guò)程稱(chēng)為電介質(zhì)的熱擊穿過(guò)程。最終擊穿，這一過(guò)程稱(chēng)為電介質(zhì)的熱擊穿過(guò)程。 第四章固體液體和組合絕緣電氣強(qiáng)度7熱擊穿的理論分析熱擊穿的理論分析電壓：電壓：U1U2U3曲線(xiàn)曲線(xiàn)1,2,31,2,3：電介質(zhì)發(fā)熱量電介質(zhì)發(fā)熱量Q與介質(zhì)中最高溫度與介質(zhì)中最高溫度tm的關(guān)系的關(guān)系 直線(xiàn)直線(xiàn)4 4：表示固體介質(zhì)中最高溫度大于周?chē)h(huán)境溫度表示固體介質(zhì)中最

5、高溫度大于周?chē)h(huán)境溫度t0 時(shí)，散出的熱量時(shí)，散出的熱量Q與介質(zhì)中最高溫度與介質(zhì)中最高溫度tm的關(guān)系的關(guān)系 btmt0tatktb01234a不同外施電壓下介質(zhì)發(fā)熱散熱與介質(zhì)溫度的關(guān)系 第四章固體液體和組合絕緣電氣強(qiáng)度8曲線(xiàn)曲線(xiàn) 1 1： 發(fā)熱永遠(yuǎn)大于散熱，介質(zhì)溫度將不斷升高，在電壓發(fā)熱永遠(yuǎn)大于散熱，介質(zhì)溫度將不斷升高，在電壓U1下最終必定發(fā)生熱擊穿下最終必定發(fā)生熱擊穿btmt0tatktb01234a不同外施電壓下介質(zhì)發(fā)熱散熱與介質(zhì)溫度的關(guān)系 第四章固體液體和組合絕緣電氣強(qiáng)度9曲線(xiàn)曲線(xiàn) 3 3：t t ta ta 時(shí)：曲線(xiàn)在直線(xiàn)時(shí)：曲線(xiàn)在直線(xiàn)4 4之上，之上，不發(fā)生熱擊穿，介質(zhì)溫度逐不發(fā)生熱

6、擊穿，介質(zhì)溫度逐漸升高并穩(wěn)定在漸升高并穩(wěn)定在tata，稱(chēng)，稱(chēng)tata為為穩(wěn)定熱平衡點(diǎn)穩(wěn)定熱平衡點(diǎn)ttb ttb 時(shí)：情況類(lèi)似曲線(xiàn)時(shí)：情況類(lèi)似曲線(xiàn)1 1，最終發(fā)生熱擊穿最終發(fā)生熱擊穿t=tb t=tb 時(shí)：發(fā)熱等于散熱，時(shí)：發(fā)熱等于散熱，但因擾動(dòng)使但因擾動(dòng)使t t大于大于tbtb，則介，則介質(zhì)溫度上升，回不到質(zhì)溫度上升，回不到tbtb，直，直至熱擊穿。稱(chēng)至熱擊穿。稱(chēng)tbtb為不穩(wěn)定熱為不穩(wěn)定熱平衡點(diǎn)平衡點(diǎn) tattbtat180 90 105 120 130 155 180 180根據(jù)這個(gè)絕緣耐熱等級(jí)可以進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷的最佳經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)第四章固體液體和組合絕緣電氣強(qiáng)度194.5 液體電介質(zhì)擊穿的

7、機(jī)理 液體電介質(zhì)液體電介質(zhì) ：純凈的液體電介質(zhì)：純凈的液體電介質(zhì) 工程用液體電介質(zhì)（水分工程用液體電介質(zhì)（水分+ +雜質(zhì)）雜質(zhì)） 擊穿機(jī)理不同：電擊穿理論、氣泡擊穿理論擊穿機(jī)理不同：電擊穿理論、氣泡擊穿理論 小橋擊穿理論小橋擊穿理論第四章固體液體和組合絕緣電氣強(qiáng)度20n液體中因強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射等原因產(chǎn)生的電子，在電場(chǎng)中被加速，與液體分子發(fā)生碰撞電離n在極不均勻電場(chǎng)中變壓器油的擊穿過(guò)程，先在尖電極附近開(kāi)始電離，電離開(kāi)始階段以后是流注發(fā)展階段，流注分級(jí)地向另一電極發(fā)展，放電通道出現(xiàn)分枝，最后流注通道貫通整個(gè)間隙n與長(zhǎng)空氣間隙的放電過(guò)程很相似 /221. 純凈液體電介質(zhì)的電擊穿理論第四章固體液體和組合絕緣電

8、氣強(qiáng)度21n當(dāng)外加電場(chǎng)較高時(shí)，液體介質(zhì)內(nèi)由于各種原因產(chǎn)生氣泡 1）電子電流加熱液體，分解出氣體；2）電子碰撞液體分子，使之解離產(chǎn)出氣體；3）靜電斥力，電極表面吸附的氣泡表面積累電荷，當(dāng)靜電斥力大于液體表面張力時(shí)，氣泡體積變大；4）電極凸起處的電暈引起液體氣化。n串聯(lián)介質(zhì)中，場(chǎng)強(qiáng)的分布與介質(zhì)的介電常數(shù)成反比-局放-熱-體積膨脹-氣體小橋/222. 純凈液體電介質(zhì)的氣泡擊穿理論第四章固體液體和組合絕緣電氣強(qiáng)度22 (a) (a) 形成形成“小橋小橋” (b) (b) 未形成未形成“小橋小橋”受潮纖維在電極間定向示意圖受潮纖維在電極間定向示意圖 /223. 非純凈液體電介質(zhì)的小橋擊穿理論n液體中的雜

9、質(zhì)在電場(chǎng)力的作用下，在電場(chǎng)方向定向，并逐漸沿電力線(xiàn)方向排列成雜質(zhì)的“小橋n水分及纖維等的電導(dǎo)大，引起泄漏電流增大、發(fā)熱增多，促使水分汽化、氣泡擴(kuò)大n液體電介質(zhì)最后在氣體通道中發(fā)生擊穿 第四章固體液體和組合絕緣電氣強(qiáng)度23/224.6 影響液體電介質(zhì)擊穿電壓的因素 n用標(biāo)準(zhǔn)油杯來(lái)檢查油的質(zhì)量用標(biāo)準(zhǔn)油杯來(lái)檢查油的質(zhì)量n平板電極間電場(chǎng)均勻，油中平板電極間電場(chǎng)均勻，油中稍有含水、含雜，含氣等擊稍有含水、含雜，含氣等擊穿電壓就明顯下降穿電壓就明顯下降n規(guī)程規(guī)定用來(lái)灌注高壓電力規(guī)程規(guī)定用來(lái)灌注高壓電力變壓器等的變壓器油，在此變壓器等的變壓器油，在此油杯中的工頻擊穿電壓要求油杯中的工頻擊穿電壓要求在在25

10、40kV以上以上(與設(shè)備的與設(shè)備的額定電壓有關(guān)額定電壓有關(guān))；灌注高壓電；灌注高壓電纜和電容器的用油，在油杯纜和電容器的用油，在油杯中的擊穿電壓常要求在中的擊穿電壓常要求在50或或 60kV以上以上 第四章固體液體和組合絕緣電氣強(qiáng)度241. 雜質(zhì)（懸浮水、纖維）Ub（有效值）/kV00.040.022040含水量100變壓器油的工頻擊穿電壓和含水量的關(guān)系 /22第四章固體液體和組合絕緣電氣強(qiáng)度252. 電壓作用時(shí)間Ubp（kV）（峰值）01002003004005006007001234567891010-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1 101 102t（s）沖擊系數(shù)

11、Kl最小值5020稍不均勻電場(chǎng)中變壓器油的伏秒特性曲線(xiàn)/22第四章固體液體和組合絕緣電氣強(qiáng)度262001.5/40（）1.5/40（）800700600500400300200100010-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1 101 102 1033.02.52.01.51.00.5t（s）沖擊系數(shù)，K（最小值）Ub,p（kV）(峰值)極不均勻電場(chǎng)中變壓器油的伏秒特性曲線(xiàn)/221分鐘（60S）擊穿電壓近似等于持久擊穿電壓第四章固體液體和組合絕緣電氣強(qiáng)度273. 電場(chǎng)情況n油的純凈程度較高時(shí)，改善電場(chǎng)的均勻程度能使工頻或直流電壓下的擊穿電壓明顯提高n液體電介質(zhì)不同油質(zhì)擊穿電

12、壓的分散性和電場(chǎng)的均勻程度有關(guān) 工頻擊穿電壓的分散性在極不均勻電場(chǎng)中不超過(guò)5（電極處電場(chǎng)力作用雜質(zhì)不易形成小橋），而在均勻電場(chǎng)中可達(dá)3040 /22第四章固體液體和組合絕緣電氣強(qiáng)度284. 溫度t,4060408012020-400Ub，千伏（有效值）2.5毫米12標(biāo)準(zhǔn)油杯中變壓器油工頻擊穿電壓與溫度的關(guān)系1-干燥的油； 2-受潮的油/22水當(dāng)T增加時(shí)：固液汽第四章固體液體和組合絕緣電氣強(qiáng)度295.壓強(qiáng)p/MPa0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7dd = 7.5cm2.55.0200150100500Ub(有效值)/kV變壓器油（工程電介質(zhì)）工頻擊穿電壓與壓強(qiáng)的關(guān)系 /22油中含有氣體第四章固體液體和組合絕緣電氣強(qiáng)度30