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1、第三章 液体和固体电介质的击穿特性,要求,熟悉液体、固体电介质击穿机理和影响击穿电压的因素能正确运用提高液体和固体电介质击穿电压的方法,3.1液体电介质的击穿特性,一、液体电介质的击穿机理,1纯净液体电介质的击穿理论,在高电场下发生击穿的机理,电击穿理论,气泡击穿理论,以液体分子由电子碰撞而发生游离为前提条件.,认为液体分子由电子碰撞或在电场作用下因其他原因而产生气泡，由气泡内气体放电而引起液体介质的热击穿。,2非纯净液体电介质的小桥击穿理论,小桥理论:液体中的杂质在电场力的作用下，逐渐沿电力线方向排列成杂质的“小桥”，(由于水和纤维的相对介电常数分别为81和67，比油的介电常数1.82.8大
2、得多，所以这些杂质易极化而在电场方向排列成小桥。)由于组成此小桥的纤维及水分电导较大，使泄漏电流增加，进而使“小桥”强烈发热，使油和水局部沸腾汽化，最后沿此“气桥”发生击穿。这种形式的击穿是和热过程紧密相连的。,二、影响液体电介质击穿电压的因素,液体电介质通常用标准试油杯按标准试验方法测得的工频击穿电压来衡量其品质的优劣。而不用击穿场强,对变压器油，其标准油杯中的击穿电压一般为Ub2540kV。对电容器油及电缆油，其标准油杯中的击穿电压一般为Ub5060kV。,图32 电子式试油器,1,2,标准试油杯,平板电极间的2.5mm间隙,1杂质（悬浮水、纤维）,影响液体电介质击穿电压的因素,2温度,3
3、电场的均匀程度,5压力,电场越均匀，杂质对油在工频电压作用下的击穿电压的影响越大。在电场极不均匀的情况下，杂质对其击穿电压影响很小。在冲击电压作用下，因“小桥”来不及形成，无论电场均匀与否，杂质对击穿电压的影响都很小。,油中含有气体时，不论电场是否均匀，其工频击穿电压都随油的压力增大而提高。但在冲击电压下，压力对油间隙的击穿电压基本无影响。,4.电压作用时间,油间隙击穿电压随所加电压作用时间的增加而下降。,三、提高液体电介质击穿电压的方法,1提高及保持油的品质,过滤,防潮,祛气,2采用固体介质降低杂质的影响,覆盖层,绝缘层,屏 障,作用:限制泄漏电流，阻止杂质“小桥”的发展,可减小油中杂质的危
4、害，绝缘层承担一定电压，使油中最大场强降低。,既能阻止杂质“小桥”的形成，又能改善间隙中电场均匀程度。,图35 真空滤油机,包覆盖层,图36 变压器内部降低杂质影响的措施,3.2 固体电介质的击穿特性,图37 变压器绕组绝缘击穿,一、固体电介质的击穿机理,电击穿,由强电场引起，其特点是：击穿电压高，击穿时间短；击穿前介质发热不显著；击穿电压与电场的均匀程度有关，与周围环境温度无关。,热击穿,与热过程相关。其特点是：击穿电压相对较低，击穿时间也相对较长；击穿前介质发热显著，温度较高；击穿电压与介质温度有很大关系，即与电压作用时间、周围环境温度、散热条件等关系密切。-容易发生在绝缘有局部缺陷处.,
5、电化学击穿,由于绝缘的老化而最终导致的电击穿或热击穿称为电化学击穿。,二、影响固体电介质击穿电压的主要因素,1.电压作用时间,2温度,不同材料的转折温度t0不同，即使同一介质，厚度越大，散热越困难，t0就越低。,3电场均匀程度,在均匀电场中，击穿电压随介质厚度的增加而线性增加；在不均匀电场中，介质厚度越大，电场越不均匀，击穿电压不再直线上升。当介质厚度增加到散热困难出现热击穿时，继续增加介质厚度就没有意义了。,4电压种类,冲击击穿电压比工频峰值击穿电压高。直流击穿电压也比工频峰值击穿电压高。,5累积效应,固体介质在冲击电压作用下，有时虽未形成贯穿的击穿通道，但已在介质中形成局部放电或不完全击穿
6、，由于固体绝缘的损伤是不可恢复的，在多次冲击或工频试验电压下，一系列的不完全击穿得以逐步发展，从而导致击穿电压下降的现象，称为固体介质的“累积效应”。,6受潮,固体介质受潮后，其电导率和介质损耗均迅速增大，击穿电压也大幅降低。,7.机械负荷,使介质发生裂缝，击穿电压下降。,三、提高固体电介质击穿电压的方法,1改进制造工艺,2改进绝缘设计,3改善绝缘的运行条件,3.3 电介质的老化,固体及液体电介质，性能随时间的增长而逐渐劣化，其电气及机械强度降低，介质损耗及电导增大等等，这一现象称为电介质的老化。引起电介质老化的因素，主要有热的作用、电的作用、机械力的作用以及水分、氧气等的作用。,一、电老化,
7、绝缘内部的局部放电造成,电老化的三种形式:电解性老化-直流电压电离性老化(电树枝)-交流电压电导性老化(水树枝)-交流电压,二、热老化,1耐热性,电介质在热的长期作用下发生化学反应，使其电气性能和其他性能逐渐变差，称为热老化。主要决定于温度和热作用时间。,电介质的耐热性是指保证其运行安全可靠时能承受的最高允许温度。,短时耐热性,热劣化与长期耐热性,2电介质的耐热等级,3电介质的耐寒性,耐寒性是绝缘材料在低温下保证安全运行的最低许可温度，否则，固体可能变脆、开裂；液体可能凝固。,表31 电介质的耐热等级,三、受潮老化,它将加速电老化及热老化过程，缩短绝缘的寿命。,四、机械力的影响,固体绝缘材料按
8、其机械性能有脆性、塑性和弹性三种。,知识点,液体、固体电介质的击穿机理影响液体、固体电介质击穿电压的因素提高液体、固体电介质击穿电压的方法电介质的耐热性能,重点和难点,影响液体、固体电介质击穿电压的因素提高液体、固体电介质击穿电压的方法,本 章 小 结,工程中的液体电介质的击穿过程用“小桥”理论解释。影响液体电介质击穿电压的最主要因素是液体电介质的品质。提高液体电介质击穿电压的方法也主要是提高液体电介质的品质，防止液体电介质中“小桥”的形成。,固体电介质的击穿形式有：电击穿、热击穿、电化学击穿。冲击电压下会发生电击穿；电介质受潮或设备负荷太高，使电介质温度太高，会发生热击穿；设备使用年限较长，电介质出现严重老化，会发生电化学击穿。影响电介质击穿电压的因素较多，特别应注意防潮，在运行中应加强散热，避免过负荷运行。,电介质老化的程度主要决定于温度及介质经受热作用的时间。为了使绝缘材料能有一个经济合理的使用寿命，国家标准中将各种电工绝缘材料按其耐热程度划分等级。,作业3-2 3-5,
