高电压技术 第4章 固体、液体和组合绝缘的电气强度(快讲)

1、固体电介质的击穿机理和特性固体击穿理论 （1）电击穿：少量传导电子电子撞击原子发生电离当电子崩发展到一定程度时击穿。特点：时间短，电压高，温度低，击穿场强与电场均匀程度密切相关，与环境无关。（2）热击穿：介损发热温度升高电导增大发热增大介质分解炭化。特点：与各种使热量聚集的因素有关（3）电化学击穿：局部放电引起劣化击穿。（很多有机材料虽然短时击穿电压很高，但耐局部放电性能很差。）3）电击穿的特点时间影响：电压作用时间短，击穿电压高；介质特性：如果介质内含气孔或其它缺陷，对电场造成畸变，导致介质击穿电压降低；电场均匀度：电场的均匀程度影响极大；累积效应：在极不均匀电场及冲击电压作用下，介质有明显

2、的不完全击穿现象，不完全击穿导致绝缘性能逐渐下降的效应称累积效应。介质击穿电压会随冲击电压施加次数的增多而下降；无关因素：击穿电压和介质温度、散热条件、介质厚度、频率等因素都无关。电化学击穿 （电老化）的特点（1）概念：在电场的长时间作用下逐渐使介质的物理、化学性能发生不可逆的劣化，最终导致击穿，这过程称电老化（2）电老化的类型：电离性老化、电导性老化和电解性老化。前两种主要在交流电压下产生，后一种主要在直流电压下产生电离性老化：在介质夹层或介质内部如果存在气隙或气泡，在交变场下气隙或气泡的场强会比邻近固体介质内的场强大得多，而气体的起始电离场强又比固体介质低得多，所以在该气隙或气泡内很容易发

3、生电离。气隙或气泡的电离，通过上述综合效应，会造成邻近绝缘物的分解、破坏(表现为变酥、炭化等形式)，并沿电场方向逐渐向绝缘层深处发展，在有机绝缘材料中会呈树枝状发展，称作“电树枝” 电导性老化：如果在两电极之间的绝缘层中存在液态导电物质(例如水)，当该处场强超过某定值时，该液体会沿电场方向逐渐深入到绝缘层中，形成近似树枝状的痕迹，称作“水树枝”。老化树枝的发展过程（自然冷却施加电压5kV下HDPE树枝的发展）提高固体电介质击穿电压的方法1）改进制造工艺：尽量消除固体介质中的杂质。2）改进绝缘设计：尽量使电场均匀；3）改善运行条件：保持良好的通风散热条件。 液体电介质的击穿机理和特性 非纯净液体

4、电介质的“小桥”击穿理论 液体中的杂质在电场力的作用下，在电场方向定向，并逐渐沿电力线方向排列成杂质的“小桥”，由于水和纤维的介电常数分别为81和6-7，比油的介电常数1.8-2.8大得多，从而这些杂质容易极化并在电场方向定向排列成“小桥”；当“小桥”贯通两电极时，沿“小桥”出现较大的泄漏电流；泄漏电流逐渐加热“小桥”通道，使水分汽化、液体分解产生气体，在小桥周围形成一连串气泡；由于气泡中的场强大于液体中场点，而气体通常较液体容易击穿，导致气泡电离击穿；最终导致两电极之间击穿。 受潮纤维在电极间定向示意图 (a) 形成“小桥” (b) 未形成“小桥”提高液体电介质击穿电压的方法1）提高以及保持

5、油的品质 采用过滤等手段消除液体中的杂质，并且防止液体与空气接触从空气中吸收水分，该方法能够消除杂质“小桥”的成因，从而提高击穿电压，特别对均匀电场和持续时间较长的电压作用时间有效。2）复盖层 在金属电极表面紧贴一层固体绝缘薄层，使“小桥”不能直接接触电极，从而很大程度上减小了泄漏电流，阻断了“小桥”热击穿过程的发展；适用于油本身品质较差、电场较均匀、电压作用时间较长的情况。在变压器中常利用较薄的绝缘纸包裹高压引线和绕组导线。3）绝缘层 是紧贴在金属电极上的较厚的固体绝缘层。因该固体介质的介电常数大于液体介质，而减小了电极附近的电场强度，防止了电极附近局部放电的发生；适用于不均匀电场。在变压器中常在高压引线和屏蔽环包裹较厚的绝缘层。4）屏障 是放置在电极间油隙中的固体绝缘板。它能机械地阻隔杂质“小桥”成串，而且能够在不均匀电场中起到聚集空间电荷、改善电场分布的作用。适用于均匀电场和不均匀电场中电压作用时间较长的情况。对于作用时间很短的冲击电压，则通过阻挡光子传播来阻碍流注的发展，提高冲击击穿电压。在变压器中常利用绝缘板做成圆筒、园环等形