第四章固體液體和組合絕緣

第四章固體液體和組合絕緣第一頁，共四十頁，2022年，8月28日固體電介質(zhì)的擊穿固體電介質(zhì)的擊穿過程電擊穿熱擊穿電擊穿0～10μs，10μs～0.2s熱擊穿電化學擊穿第二頁，共四十頁，2022年，8月28日固體電介質(zhì)的擊穿電擊穿電壓作用時間短，擊穿電壓高，擊穿電壓和介質(zhì)溫度、散熱條件、介質(zhì)厚度、頻率等因素無關。和電場均勻程度關系極大，在極不均勻電場及沖擊電壓作用下，有明顯的不完全擊穿現(xiàn)象，產(chǎn)生累積效應。第三頁，共四十頁，2022年，8月28日固體電介質(zhì)的擊穿熱擊穿曲線1，2，3分別表示為在電壓U1，U2，U3（U1>U2>U3）下介質(zhì)發(fā)熱量與介質(zhì)中最高溫度的tm的關系。第四頁，共四十頁，2022年，8月28日固體電介質(zhì)的擊穿電化學擊穿

固體電介質(zhì)在長期工作電壓作用下，由于介質(zhì)內(nèi)部發(fā)生局部放電，產(chǎn)生活性氣體O3、NO、NO2，對介質(zhì)產(chǎn)生氧化和腐蝕作用，同時產(chǎn)生熱量引起局部發(fā)熱，以及在局部放電過程中帶電粒子的撞擊作用，導致絕緣劣化或損傷，使其電氣強度逐步下降并引起擊穿的現(xiàn)象。第五頁，共四十頁，2022年，8月28日固體電介質(zhì)的擊穿影響固體電介質(zhì)擊穿的因素（1）電壓作用時間（2）溫度（3）電場均勻程度和介質(zhì)厚度均勻電場中，Ub隨介質(zhì)厚度的增加而線性增加；在不均勻電場中，介質(zhì)厚度越大，電場越不均勻，Ub不再線性上升，具有飽和特性。第六頁，共四十頁，2022年，8月28日固體電介質(zhì)的擊穿（4）電壓種類沖擊擊穿電壓比工頻峰值擊穿電壓高直流擊穿電壓比工頻峰值擊穿電壓高高頻下有強烈的介質(zhì)損耗發(fā)熱促使熱擊穿過程，擊穿電壓最低。（5）受潮（6）機械負荷機械應力可能造成絕緣材料開裂、松散，使得擊穿電壓下降。第七頁，共四十頁，2022年，8月28日固體電介質(zhì)的擊穿（7）多層性的影響如果某層介質(zhì)中的場強超過了該層介質(zhì)的耐受場強，則該層介質(zhì)便會擊穿，電場產(chǎn)生強烈畸變，使其他層的介質(zhì)很容易被擊穿。（8）累積效應電壓較高時，固體絕緣的損傷是不可恢復的，逐步累積，最終在該電壓下?lián)舸?。第八頁，共四十頁?022年，8月28日固體電介質(zhì)的擊穿固體電介質(zhì)的擊穿電壓與介質(zhì)周圍環(huán)境溫度的關系第九頁，共四十頁，2022年，8月28日提高固體電介質(zhì)擊穿電壓的方法1.改進絕緣設計改善電極形狀及表面光潔度改善電極與絕緣體的接觸條件改進密封結構對多層性絕緣結構，充分利用中間多層電容屏的均壓作用第十頁，共四十頁，2022年，8月28日提高固體電介質(zhì)擊穿電壓的方法2.改進制造工藝清除雜質(zhì)，精選材料，真空干燥，加強浸漬等3.改善運行條件防潮，防塵和有害氣體，加強散熱冷卻第十一頁，共四十頁，2022年，8月28日固體電介質(zhì)的老化1.環(huán)境老化光氧老化、臭氧老化、鹽霧酸堿等污染性老化2.電老化（1）電離性老化氣泡內(nèi)很容易發(fā)生電離，對介質(zhì)的絕緣造成不良后果：氣泡體積膨脹使介質(zhì)開裂、分層，電導和損耗增大，電場畸變使有機物分解，分解出的氣體加入電離分解出有腐蝕作用的氣體第十二頁，共四十頁，2022年，8月28日固體電介質(zhì)的老化（2）電導性老化如果在兩電極間的絕緣層中存在液態(tài)導電物質(zhì)，則當該處場強超過某定值時，該液體會沿電場方向逐漸深入到絕緣層中，形成“水樹枝”。水樹枝的積累和發(fā)展，將最終導致絕緣層的擊穿。產(chǎn)生和發(fā)展“水樹枝”所需場強比產(chǎn)生和發(fā)展“電樹枝”所需場強低的多。第十三頁，共四十頁，2022年，8月28日固體電介質(zhì)的老化（3）電解性老化直流電壓的長期作用下，介質(zhì)內(nèi)部進行電化學過程，電介質(zhì)逐漸老化，最終導致?lián)舸?。所加電壓遠低于局部放電的起始電壓。（4）表面漏電起痕及電蝕損有機介質(zhì)表面的電老化問題。在潮濕、臟污的介質(zhì)表面會流過泄漏電流，電流密度較大處會形成干燥帶，電壓分布不均勻，在干燥帶上分擔較高電壓，從而形成放電小火花或小電弧。此種放電現(xiàn)象會使絕緣體表面過熱，局部炭化、燒蝕，形成漏電痕跡，漏電痕跡的持續(xù)發(fā)展可能逐漸形成沿絕緣體表面貫通兩端電極的放電通道。第十四頁，共四十頁，2022年，8月28日固體電介質(zhì)的老化3.熱老化

熱老化的主要過程為熱裂解、氧化裂解、交聯(lián)、以及低分子揮發(fā)物的逸出。有機材料熱老化的程度主要取決于溫度及熱作用時間最高持續(xù)工作溫度第十五頁，共四十頁，2022年，8月28日液體電介質(zhì)的擊穿液體電介質(zhì)的擊穿理論（1）純凈液體介質(zhì)電擊穿理論與長空氣間隙的放電過程類似尖極附近電離，流注發(fā)展（分級發(fā)展），間隙擊穿第十六頁，共四十頁，2022年，8月28日液體電介質(zhì)的擊穿氣泡擊穿理論產(chǎn)生氣泡的原因電子電流加熱液體，分解出氣體；電子碰撞液體分子，使之解離產(chǎn)生氣體；靜電斥力，電極表面吸附的微小氣泡表面積累電荷，當靜電斥力大于液體表面張力時，氣泡體積變大；電極凸起處的電暈引起液體汽化。第十七頁，共四十頁，2022年，8月28日液體電介質(zhì)的擊穿氣泡擊穿理論氣泡介電常數(shù)小，承擔了較高的場強，氣體耐電強度低，所以氣泡首先電離；氣泡中氣體的溫度升高，體積膨脹，電離進一步發(fā)展使油分解出氣體；如果電離的氣泡在電場中堆積成氣體通道，則擊穿在此通道內(nèi)發(fā)生。第十八頁，共四十頁，2022年，8月28日液體電介質(zhì)的擊穿工程用液體介質(zhì)小橋理論液體中的雜質(zhì)在電場力的作用下，在電場方向定向，并逐漸沿電力線方向排列成雜質(zhì)的“小橋”，因為雜質(zhì)的電導較大，從而使泄漏電流增大，并進而使“小橋”強烈發(fā)熱，使油和水局部沸騰汽化，最后沿此“汽橋”發(fā)生擊穿。第十九頁，共四十頁，2022年，8月28日影響液體電介質(zhì)擊穿電壓的因素標準試油器GB/T507-2002推薦了兩種形狀的電極：球形球蓋形第二十頁，共四十頁，2022年，8月28日影響液體電介質(zhì)擊穿電壓的因素1.雜質(zhì)（懸浮水、纖維）水的存在方式：溶解態(tài)：對耐壓影響不大乳化狀態(tài)：易形成小橋，對擊穿電壓影響較大當有纖維存在時，含水量對擊穿電壓影響明顯。沉淀狀態(tài)第二十一頁，共四十頁，2022年，8月28日影響液體電介質(zhì)擊穿電壓的因素均勻電場，雜質(zhì)對擊穿電壓影響大；極不均勻電場因強場處擾動大，雜質(zhì)不易形成小橋，故雜質(zhì)對擊穿電壓影響小；沖擊電壓因作用時間短，雜質(zhì)來不及形成小橋，所以雜質(zhì)對擊穿電壓影響小。第二十二頁，共四十頁，2022年，8月28日影響液體電介質(zhì)擊穿電壓的因素2.溫度與油的品質(zhì)、電場均勻度及電壓作用時間有關。極不均勻電場中，水分和雜質(zhì)不易形成小橋，隨溫度上升，擊穿電壓略有下降。沖擊電壓作用下，擊穿電壓與溫度沒有顯著關系。第二十三頁，共四十頁，2022年，8月28日影響液體電介質(zhì)擊穿電壓的因素3.電壓作用時間與固體電介質(zhì)擊穿電壓與電壓作用時間的關系類似。一般不太臟的油，電壓作用時間為1min時擊穿電壓與持久作用時擊穿電壓相差很少，所以油耐壓試驗，只要做1min就可以了。第二十四頁，共四十頁，2022年，8月28日影響液體電介質(zhì)擊穿電壓的因素4.電場情況工頻電壓下，如電場較均勻，油的品質(zhì)對擊穿電壓影響很大；如電場不均勻，油的品質(zhì)對擊穿電壓很小。沖擊電壓作用下，雜質(zhì)由于本身的慣性，不可能在很短時間內(nèi)形成“小橋”，故不論電場均勻與否，油的品質(zhì)對擊穿電壓影響都很小。第二十五頁，共四十頁，2022年，8月28日影響液體電介質(zhì)擊穿電壓的因素5.壓強的影響工程液體介質(zhì)，擊穿電壓隨著壓強的增加而提高純凈液體介質(zhì)和沖擊電壓下，壓強對擊穿電壓基本無影響。壓強增加，氣體在油中的溶解度增加，氣泡的局部放電起始電壓提高第二十六頁，共四十頁，2022年，8月28日提高液體電介質(zhì)擊穿電壓的方法1.提高以及保持油的品質(zhì)過濾真空噴霧法——除去氣體吸附劑法——吸附微小顆粒2.覆蓋緊貼在金屬電極上的固體絕緣薄膜第二十七頁，共四十頁，2022年，8月28日提高液體電介質(zhì)擊穿電壓的方法3.絕緣層起覆蓋的作用，承擔電壓，改善電場分布4.屏障電極間油間隙中的固體絕緣板一方面阻隔雜質(zhì)，另一方面起屏障作用液體電介質(zhì)的沿面放電第二十八頁，共四十頁，2022年，8月28日液體電介質(zhì)的老化變壓器油的老化過程變壓器油老化的現(xiàn)象和特征：（1）顏色逐漸深暗，從淡黃色變成棕褐色，從透明變?yōu)闇啙?。?）黏度增大；閃燃點增高；灰分褐水分增大。（3）酸價增加。（4）絕緣性能變壞，電阻率下降，介質(zhì)損耗角增大，擊穿電壓降低。（5）產(chǎn)生沉淀物。第二十九頁，共四十頁，2022年，8月28日液體電介質(zhì)的老化變壓器油的氧化初期A

氧氣與油中不飽和碳氫化合物化學反應，形成飽和的化合物B期 生成穩(wěn)定的油的氧化物和的分子量的有機酸，也生成部分高分子有機酸，油的酸價升高C期 加聚和縮聚，生成中性的高分子樹脂質(zhì)及瀝青質(zhì)，渾濁懸膠狀態(tài)第三十頁，共四十頁，2022年，8月28日液體電介質(zhì)的老化影響變壓器油老化的因素1.溫度高于60～70℃，氧化作用顯著，此后溫度每升高10℃，氧化速度就加快1倍；當溫度超過115～120℃，氧化進一步加速，可能伴有裂解。為了保證變壓器運行壽命，防止絕緣油老化變質(zhì)，規(guī)定裝在變壓器蓋上專門用來測量上層油溫的溫度表讀數(shù)一般不得85℃。第三十一頁，共四十頁，2022年，8月28日液體電介質(zhì)的老化2.觸媒當油接觸到金屬、纖維、水分、灰塵等物時，吸氧量顯著增加，稱為觸媒的作用。

A類不參與化學反應，B類參與化學反應3.光照4.電場析氣性：在油的正常工作溫度時僅由電場的作用而造成的化學裂解，釋放出氣體（放氣），或吸收某種氣體與油分子化學結合（吸氣）。油的“析氣性”表征油今后長時間在高場強下運行時自身老化的速度和對總體絕緣強度的影響第三十二頁，共四十頁，2022年，8月28日液體電介質(zhì)的老化延緩變壓器油老化的方法（1）裝置油擴張器（2）裝置隔離膠囊第三十三頁，共四十頁，2022年，8月28日液體電介質(zhì)的老化（3）將油與強烈觸媒物質(zhì)隔離（4）摻入抗氧化劑第三十四頁，共四十頁，2022年，8月28日液體電介質(zhì)的老化變壓器油的再生（1）酸－堿－白土法酸——與油中老化物反應，生成不溶于油的酸渣堿——中和剩余的酸白土——吸附劑（2）氫化法油的氧化物被還原成碳氫化合物，氧與氫化合為水，并在真空中被抽去。質(zhì)量最好第三十五頁，共四十頁，2022年，8月28日組合絕緣的電氣性能組合絕緣的介電常數(shù)對平板電極，設介質(zhì)總厚度為d，單位面積的電極間電容C為Cs——固體電介質(zhì)的電容；Cx——氣隙或浸漬介質(zhì)的電容。組合絕緣的相對介電常數(shù)ε為第三十六頁，共四十頁，2022年，8月28日組合絕緣的電氣性能介質(zhì)損耗組合絕緣的總介質(zhì)損失角正切為tanδs——固體介質(zhì)的介質(zhì)損耗角正切；tanδx——浸漬介質(zhì)的介質(zhì)損耗角正切。第三十七頁，共四十頁，2022年，8月28日組合絕緣的電氣性能組合絕緣的擊穿特性串聯(lián)多層絕緣結構，理想的電壓分布應是各層介質(zhì)所承受的場強與該層介質(zhì)的耐電強度成正比。干紙的耐電強度為10kV/mm～13kV/mm純油的耐電強度為10kV/mm～20kV/