高鐵高壓供電設(shè)備之液體和固體電介質(zhì)的擊穿特性-固體電介質(zhì)的擊穿特性

固體電介質(zhì)的擊穿特性01常用固體電介質(zhì)02固體電介質(zhì)的擊穿特性03固體電介質(zhì)的擊穿類型固體電介質(zhì)的擊穿特性陶瓷、云母、絕緣紙、環(huán)氧樹(shù)脂、玻璃纖維板、硅橡膠、塑料等。一、常用固體電介質(zhì)固體電介質(zhì)的擊穿特性二、固體電介質(zhì)的擊穿特性固體電介質(zhì)的固有耐電強(qiáng)度極高，約為十幾～幾百kV/mm（空氣為3～4kV/mm，液體為10～20kV/mm）固體電介質(zhì)的擊穿過(guò)程極復(fù)雜，且擊穿后會(huì)在其擊穿路徑上留下不可恢復(fù)的放電痕跡，如燒穿或熔化的通道、裂縫等，從而永遠(yuǎn)喪失其絕緣性能，固體電介質(zhì)為非自恢復(fù)絕緣。僅由電場(chǎng)的作用而直接使介質(zhì)破壞并喪失絕緣性能。固體電介質(zhì)的擊穿特性三、固體電介質(zhì)的擊穿類型電擊穿在介質(zhì)的電導(dǎo)很小，又有良好的散熱條件及介質(zhì)內(nèi)部不存在局部放電的情況下，固體電介質(zhì)的擊穿一般為電擊穿。固體電介質(zhì)的擊穿特性特征：電壓作用時(shí)間短；擊穿電壓高（擊穿場(chǎng)強(qiáng)達(dá)105～106kV/m）；擊穿電壓幾乎與環(huán)境溫度無(wú)關(guān)；介質(zhì)發(fā)熱不顯著；電場(chǎng)的均勻度對(duì)擊穿電壓有顯著影響。固體電介質(zhì)的擊穿特性熱擊穿是由于固體電介質(zhì)內(nèi)部熱不穩(wěn)定過(guò)程造成的。當(dāng)固體電介質(zhì)受到電壓作用時(shí)，介質(zhì)由于內(nèi)部損耗而發(fā)熱。如果在某一溫度下，單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量等于散熱量時(shí)，介質(zhì)處于熱穩(wěn)定狀態(tài)，溫度不再上升，絕緣性能不致破壞。固體電介質(zhì)的擊穿特性如果散熱條件不利或電壓達(dá)到某一臨界值，使介質(zhì)單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量大于散熱量時(shí)，介質(zhì)的熱穩(wěn)定狀態(tài)就遭到破壞，其溫度不斷升高；而介質(zhì)的電導(dǎo)又具有正溫度系數(shù)，即溫度越高，電導(dǎo)越大，這就使泄漏電流進(jìn)一步增大，損耗發(fā)熱也隨之增大，最終溫升過(guò)高，電介質(zhì)發(fā)生分解、熔化、碳化或燒焦，絕緣性能完全喪失，電介質(zhì)即被擊穿。固體電介質(zhì)的擊穿特性當(dāng)絕緣本身存在局部缺陷時(shí)，缺陷處損耗增大，溫升增高，熱擊穿就容易發(fā)生在這種絕緣有局部缺陷處。固體電介質(zhì)的擊穿特性特征：擊穿電壓與電壓作用時(shí)間有關(guān)，因?yàn)闊釗舸┦且粋€(gè)熱量積累的過(guò)程，電壓作用時(shí)間越長(zhǎng)，擊穿電壓越低（擊穿場(chǎng)強(qiáng)約為103～104kV/m）。介質(zhì)溫度特別是局部溫度有明顯的升高；擊穿電壓隨環(huán)境溫度的升高而下降；擊穿電壓與電場(chǎng)的均勻程度關(guān)系不大，而與介質(zhì)的散熱條件密切相關(guān)。固體電介質(zhì)的擊穿特性電化學(xué)擊穿固體電介質(zhì)在長(zhǎng)期工作電壓的作用下，由于介質(zhì)內(nèi)部發(fā)生局部放電等原因，使絕緣劣化、電氣強(qiáng)度逐步下降并引起擊穿的現(xiàn)象為電化學(xué)擊穿。固體電介質(zhì)的擊穿特性電化學(xué)擊穿電化學(xué)擊穿是一個(gè)復(fù)雜的緩慢過(guò)程，電介質(zhì)的內(nèi)部或邊緣處存在的氣泡、氣隙等長(zhǎng)期在工作電壓作用下會(huì)發(fā)生電暈或局部放電現(xiàn)象。固體電介質(zhì)的擊穿特性在臨近熱擊穿的最終階段，可能因劣化處溫度過(guò)高而以熱擊穿形式完成，也可能因介質(zhì)劣化后電氣強(qiáng)度下降而以電擊穿的形式完成。局部放電產(chǎn)生的臭氧、二氧化氮等氣體會(huì)對(duì)介質(zhì)起到氧化和腐蝕作用；局部放電過(guò)程中帶電粒子撞擊介質(zhì)引起局部溫升，加速介質(zhì)氧化并增大電導(dǎo)和介質(zhì)損耗，甚至局部燒焦絕緣；帶電粒子的撞擊還可能切斷電介質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致介質(zhì)破壞。固體電介質(zhì)擊穿電壓的影響因數(shù)及提高措施01影響固體電介質(zhì)擊穿電壓的因數(shù)02提高固體電介質(zhì)擊穿電壓的措施固體電介質(zhì)擊穿電壓的影響因數(shù)及提高措施一、影響固體電介質(zhì)擊穿電壓的因數(shù)1電壓作用時(shí)間2電場(chǎng)均勻程度3溫度4電壓種類5受潮6累積效應(yīng)7機(jī)械負(fù)荷固體電介質(zhì)擊穿電壓的影響因數(shù)及提高措施電壓作用時(shí)間油浸電工紙板的擊穿電壓與加壓時(shí)間的關(guān)系電擊穿熱擊穿試品擊穿電壓擊穿電壓固體電介質(zhì)擊穿電壓的影響因數(shù)及提高措施電場(chǎng)均勻程度均勻電場(chǎng)中，固體介質(zhì)的擊穿電壓比較高，且隨介質(zhì)厚度增加近似成線性增加。不均勻電場(chǎng)中，固體介質(zhì)的擊穿電壓有所降低，并且介質(zhì)厚度的增加將使電場(chǎng)更不均勻，擊穿電壓也不再隨厚度成線性增加。固體電介質(zhì)擊穿電壓的影響因數(shù)及提高措施工頻電壓下電瓷的擊穿電壓與溫度的關(guān)系溫度Ub（有效值）/KV固體電介質(zhì)擊穿電壓的影響因數(shù)及提高措施電壓種類相同條件下，固體電介質(zhì)在直流、交流和沖擊電壓下?lián)舸╇妷和煌?。固體電介質(zhì)擊穿電壓的影響因數(shù)及提高措施在直流電壓下，固體電介質(zhì)的損耗比工頻交流電壓下的損耗小，介質(zhì)發(fā)熱少，因此直流擊穿電壓比工頻擊穿電壓高。在沖擊電壓下，由于電壓作用時(shí)間極短，熱的效應(yīng)和電化學(xué)的影響來(lái)不及起作用，因此擊穿電壓比工頻和直流下都高。在工頻交流電壓下，介質(zhì)的擊穿電壓最低，對(duì)介質(zhì)耐電強(qiáng)度的考驗(yàn)最嚴(yán)格。固體電介質(zhì)擊穿電壓的影響因數(shù)及提高措施受潮固體電介質(zhì)受潮后擊穿電壓的下降程度與材料的性質(zhì)有關(guān)。不易吸潮的材料：聚乙烯、聚四氟乙烯等中性介質(zhì)受潮后，其擊穿電壓僅下降一半左右固體電介質(zhì)擊穿電壓的影響因數(shù)及提高措施受潮固體電介質(zhì)受潮后擊穿電壓的下降程度與材料的性質(zhì)有關(guān)。易吸潮的極性介質(zhì)：棉紗、紙等纖維材料受潮后，其擊穿電壓僅為干燥時(shí)的幾百分之一固體電介質(zhì)擊穿電壓的影響因數(shù)及提高措施累積效應(yīng)在多次沖擊或工頻試驗(yàn)電壓下，介質(zhì)內(nèi)部的局部損傷會(huì)逐步發(fā)展，最終導(dǎo)致?lián)舸╇妷合陆?。這種現(xiàn)象稱為累積效應(yīng)。以固體電介質(zhì)作主要絕緣材料的電氣設(shè)備，在確定耐壓試驗(yàn)時(shí)加電壓的次數(shù)和試驗(yàn)電壓值時(shí)，應(yīng)考慮累積效應(yīng)；在設(shè)計(jì)固體絕緣結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)保證一定的絕緣裕度。固體電介質(zhì)擊穿電壓的影響因數(shù)及提高措施機(jī)械負(fù)荷固體電介質(zhì)在使用時(shí)可能受到機(jī)械負(fù)荷的作用，使電介質(zhì)發(fā)生裂縫，造成擊穿電壓的顯著下降。固體電介質(zhì)擊穿電壓的影響因數(shù)及提高措施二、提高固體電介質(zhì)擊穿電壓的措施1改進(jìn)制造工藝2改進(jìn)絕緣設(shè)計(jì)3改進(jìn)絕緣的運(yùn)行條件固體電介質(zhì)擊穿電壓的影響因數(shù)及提高措施電場(chǎng)均勻程度應(yīng)盡可能地清除固體電介質(zhì)中殘留的雜質(zhì)、氣泡、水分等，使介質(zhì)盡可能均勻致密?？梢酝ㄟ^(guò)精選材料、改善工藝、真空干燥、浸絕緣油或漆等方法實(shí)現(xiàn)。固體電介質(zhì)擊穿電壓的影響因數(shù)及提高措施改進(jìn)制造工藝變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)改善電極形狀及表面光潔度，盡可能使電場(chǎng)分布均勻。改善電極與電介質(zhì)的接觸狀態(tài)，消除接觸處的氣隙或使該氣隙不承受電位差。1—高壓線圈；2—低壓線圈；