高電壓技術(shù) 第4章 固體、液體和組合絕緣的電氣強(qiáng)度(快講)

1、固體電介質(zhì)的擊穿機(jī)理和特性固體擊穿理論 （1）電擊穿：少量傳導(dǎo)電子電子撞擊原子發(fā)生電離當(dāng)電子崩發(fā)展到一定程度時(shí)擊穿。特點(diǎn)：時(shí)間短，電壓高，溫度低，擊穿場(chǎng)強(qiáng)與電場(chǎng)均勻程度密切相關(guān)，與環(huán)境無(wú)關(guān)。（2）熱擊穿：介損發(fā)熱溫度升高電導(dǎo)增大發(fā)熱增大介質(zhì)分解炭化。特點(diǎn)：與各種使熱量聚集的因素有關(guān)（3）電化學(xué)擊穿：局部放電引起劣化擊穿。（很多有機(jī)材料雖然短時(shí)擊穿電壓很高，但耐局部放電性能很差。）3）電擊穿的特點(diǎn)時(shí)間影響：電壓作用時(shí)間短，擊穿電壓高；介質(zhì)特性：如果介質(zhì)內(nèi)含氣孔或其它缺陷，對(duì)電場(chǎng)造成畸變，導(dǎo)致介質(zhì)擊穿電壓降低；電場(chǎng)均勻度：電場(chǎng)的均勻程度影響極大；累積效應(yīng)：在極不均勻電場(chǎng)及沖擊電壓作用下，介質(zhì)有明顯

2、的不完全擊穿現(xiàn)象，不完全擊穿導(dǎo)致絕緣性能逐漸下降的效應(yīng)稱累積效應(yīng)。介質(zhì)擊穿電壓會(huì)隨沖擊電壓施加次數(shù)的增多而下降；無(wú)關(guān)因素：擊穿電壓和介質(zhì)溫度、散熱條件、介質(zhì)厚度、頻率等因素都無(wú)關(guān)。電化學(xué)擊穿 （電老化）的特點(diǎn)（1）概念：在電場(chǎng)的長(zhǎng)時(shí)間作用下逐漸使介質(zhì)的物理、化學(xué)性能發(fā)生不可逆的劣化，最終導(dǎo)致?lián)舸?，這過(guò)程稱電老化（2）電老化的類型：電離性老化、電導(dǎo)性老化和電解性老化。前兩種主要在交流電壓下產(chǎn)生，后一種主要在直流電壓下產(chǎn)生電離性老化：在介質(zhì)夾層或介質(zhì)內(nèi)部如果存在氣隙或氣泡，在交變場(chǎng)下氣隙或氣泡的場(chǎng)強(qiáng)會(huì)比鄰近固體介質(zhì)內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)大得多，而氣體的起始電離場(chǎng)強(qiáng)又比固體介質(zhì)低得多，所以在該氣隙或氣泡內(nèi)很容易發(fā)

3、生電離。氣隙或氣泡的電離，通過(guò)上述綜合效應(yīng)，會(huì)造成鄰近絕緣物的分解、破壞(表現(xiàn)為變酥、炭化等形式)，并沿電場(chǎng)方向逐漸向絕緣層深處發(fā)展，在有機(jī)絕緣材料中會(huì)呈樹(shù)枝狀發(fā)展，稱作“電樹(shù)枝” 電導(dǎo)性老化：如果在兩電極之間的絕緣層中存在液態(tài)導(dǎo)電物質(zhì)(例如水)，當(dāng)該處場(chǎng)強(qiáng)超過(guò)某定值時(shí)，該液體會(huì)沿電場(chǎng)方向逐漸深入到絕緣層中，形成近似樹(shù)枝狀的痕跡，稱作“水樹(shù)枝”。老化樹(shù)枝的發(fā)展過(guò)程（自然冷卻施加電壓5kV下HDPE樹(shù)枝的發(fā)展）提高固體電介質(zhì)擊穿電壓的方法1）改進(jìn)制造工藝：盡量消除固體介質(zhì)中的雜質(zhì)。2）改進(jìn)絕緣設(shè)計(jì)：盡量使電場(chǎng)均勻；3）改善運(yùn)行條件：保持良好的通風(fēng)散熱條件。 液體電介質(zhì)的擊穿機(jī)理和特性 非純凈液體

4、電介質(zhì)的“小橋”擊穿理論 液體中的雜質(zhì)在電場(chǎng)力的作用下，在電場(chǎng)方向定向，并逐漸沿電力線方向排列成雜質(zhì)的“小橋”，由于水和纖維的介電常數(shù)分別為81和6-7，比油的介電常數(shù)1.8-2.8大得多，從而這些雜質(zhì)容易極化并在電場(chǎng)方向定向排列成“小橋”；當(dāng)“小橋”貫通兩電極時(shí)，沿“小橋”出現(xiàn)較大的泄漏電流；泄漏電流逐漸加熱“小橋”通道，使水分汽化、液體分解產(chǎn)生氣體，在小橋周圍形成一連串氣泡；由于氣泡中的場(chǎng)強(qiáng)大于液體中場(chǎng)點(diǎn)，而氣體通常較液體容易擊穿，導(dǎo)致氣泡電離擊穿；最終導(dǎo)致兩電極之間擊穿。 受潮纖維在電極間定向示意圖 (a) 形成“小橋” (b) 未形成“小橋”提高液體電介質(zhì)擊穿電壓的方法1）提高以及保持

5、油的品質(zhì) 采用過(guò)濾等手段消除液體中的雜質(zhì)，并且防止液體與空氣接觸從空氣中吸收水分，該方法能夠消除雜質(zhì)“小橋”的成因，從而提高擊穿電壓，特別對(duì)均勻電場(chǎng)和持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的電壓作用時(shí)間有效。2）復(fù)蓋層 在金屬電極表面緊貼一層固體絕緣薄層，使“小橋”不能直接接觸電極，從而很大程度上減小了泄漏電流，阻斷了“小橋”熱擊穿過(guò)程的發(fā)展；適用于油本身品質(zhì)較差、電場(chǎng)較均勻、電壓作用時(shí)間較長(zhǎng)的情況。在變壓器中常利用較薄的絕緣紙包裹高壓引線和繞組導(dǎo)線。3）絕緣層 是緊貼在金屬電極上的較厚的固體絕緣層。因該固體介質(zhì)的介電常數(shù)大于液體介質(zhì)，而減小了電極附近的電場(chǎng)強(qiáng)度，防止了電極附近局部放電的發(fā)生；適用于不均勻電場(chǎng)。在變壓器中常在高壓引線和屏蔽環(huán)包裹較厚的絕緣層。4）屏障 是放置在電極間油隙中的固體絕緣板。它能機(jī)械地阻隔雜質(zhì)“小橋”成串，而且能夠在不均勻電場(chǎng)中起到聚集空間電荷、改善電場(chǎng)分布的作用。適用于均勻電場(chǎng)和不均勻電場(chǎng)中電壓作用時(shí)間較長(zhǎng)的情況。對(duì)于作用時(shí)間很短的沖擊電壓，則通過(guò)阻擋光子傳播來(lái)阻礙流注的發(fā)展，提高沖擊擊穿電壓。在變壓器中常利用絕緣板做成圓筒、園環(huán)等形