电介质绝缘特性-液体和固体的绝缘特性（高电压技术课件）

电介质绝缘特性固体电介质的老化

电气设备中的绝缘在长期运行过程中会发生一系列物理变化和化学变化，致使其电气、机械及其他性能逐渐劣化，这种现象统称为绝缘的老化。固体介质的老化可分为电老化、热老化和环境老化三类。一、固体电介质的老化(一)电老化

电介质在电场的长期作用下，其耐电强度逐渐降低的现象称为电老化。电老化主要由介质中的局部放电所引起。

局部放电引起介质老化的原因大致有以下几个方面：1.放电产生的带电质点撞击气泡或气隙壁使介质的分子结构遭到破坏，造成裂解。2.带电质点撞击气泡或气隙壁引起介质局部的温度升高，造成热裂解或促进氧化裂解，还可能因气隙体积膨胀而使固体绝缘开裂、分层。

3.局部放电过程中会产生、、等活性气体，有水分时还会产生硝酸、草酸等，它们对绝缘有氧化和腐蚀作用。4.局部放电会产生高能射线，引起高聚物裂解；还会使某些固体介质的分子间产生交联，导致介质发脆。(二)热老化

电介质在热的长期作用下发生化学反应，从而使其电气性能和其他性能逐渐变差，这一现象称为热老化。

热老化的特征主要表现为：介质失去弹性、变硬、变脆，发生龟裂；机械强度降低；介质变软、发黏；介质的电气性能下降。(三)环境老化

绝缘从周围环境中吸收的水分、氧气等的作用及环境中各种射线的作用使介质的绝缘性能降低的现象称为环境老化。

环境老化主要对暴露在户外大气条件下的有机绝缘物影响较大，如导线绝缘、有机合成绝缘子等，所以环氧浇注绝缘子通常可用于户内，却不能用于户外。

通过本知识点的学习，使学生了解固体电介质的老化定义，掌握固体电介质的老化类型，为今后的课程学习打下了良好的基础。电介质绝缘特性固体电介质击穿电压与液体、气体的区别一、固体电介质击穿场强高

固体电介质击穿场强一般比气体和液体电介质高，在均匀电场中，云母的工频击穿场强可达2000～3000kV/cm，而空气的约为30kV／cm，变压器油的约为120～200kV/cm。二、固体电介质绝缘具有不可恢复性

固体电介质的击穿通常是一种不可逆的变化过程，击穿以后在介质中留下有不能恢复的痕迹，如贯穿两极间的熔洞、烧穿的孔道、裂开等，即使去掉外施电压，也不像气体、液体电介质那样能自己恢复绝缘性能。三、固体电介质具有累积效应

固体介质在冲击电压作用下绝缘损伤会扩大甚至击穿，这种现象称为累积效应。大部分有机材料有明显的累积效应，玻璃、云母等无机材料才没有明显的累积效应。四、固体电介质击穿具有体积效应

固体电介质击穿场强分散性很大，这与材料的不均匀性有关。加大试样的面积和体积，使绝缘材料弱点出现的概率增大，会使击穿场强降低，这就是所谓击穿的体积效应。

通过本知识点的学习，使学生理解固体电介质的击穿，掌握固体电介质击穿与液体、气体介质击穿的区别，为今后的课程学习打下了良好的基础。电介质绝缘特性提高固体击穿电压的具体措施一、通过精选材料、改善工艺、真空干燥、加强浸渍（油、胶、漆等），以清除固体电介质中残留的杂质、气泡、水分等二、采取合理的绝缘结构

使各部分绝缘的耐电强度与其承受的场强相匹配；改善电极形状及表面光洁度，使电场分布均匀；政善电极与绝缘体的接触状态，消除接触处的气隙或使接触处的气隙不承受电位差，如用半导体漆。三、在运行中，注意防止尘污、防潮和有害气体的侵蚀，加强散热冷却，如自然通风、强迫通风、氢冷、油冷、水内冷等措施。

通过本知识点的学习，使学生掌握提高固体电介质击穿电压的具体措施，为今后的课程学习打下了良好的基础。电介质绝缘特性影响固体电介质击穿电压的主要因素一、电压作用时间

外施电压的作用时间对固体电介质击穿电压的影响很大，通常，对于多数固体电介质，其击穿电压随电压作用时间的延长而明显地下降。二、温度

在低温区域内，固体电介质的击穿电压随温度的升高几乎不变，而在较高温度下，则随温度的升高击穿电压明显下降。工频下电瓷的击穿电压与温度的关系三、电场均匀程度

在均匀电场中，固体电介质的击穿电压与厚度有直线关系；不均匀电场中，击穿电压大大降低，且随厚度的增加而增加很慢，最后达到一极限值。四、电压种类

对同一介质，同一电极布置时，其交流、直流、冲击下的击穿电压往往是不相同的。在直流电压下，介质损耗一般都比交流电场中为小，不容易发热，因而击穿电压比工频击穿电压(幅值)高。在冲击电压下，由于电压作用时间很短，一般热的效应和电化学的效应所造成的破坏还来不及形成，因此击穿电压一般都比工频和直流的击穿电压高。五、固体介质受潮程度

固体电介质受潮以后,由于水分电导大，损耗大，所以击穿电压也要下降，下降的程度与固体介质的性能有关。六、累积效应

由于固体介质的绝缘损伤是不可恢复的，并具有累积效应。显然，它会导致固体介质击穿电压的下降。因此，对这些电气设备进行耐压试验，加电压的次数和试验电压值应考虑这种累积效应，而在设计固体绝缘结构时，应保证一定的绝缘裕度。七、机械负荷

机械应力可能造成绝缘材料开裂、松散、使击穿电压降低。在运行中，由于长期受高温作用，绝缘材料特别是纸（或布）纤维、塑料等有机材料很容易劣化变脆，机械强度强烈下降。所以电力设备要注意散热，避免过负荷运行。

通过本知识点的学习，使学生掌握影响固体电介质击穿电压的主要因素，为今后的课程学习打下了良好的基础。电介质绝缘特性绝缘油老化过程一、绝缘油老化的过程可分为三个阶段

（一）A期：新油在与空气接触的过程吸收的氧气将与油中的不饱和碳氢化合物起化学反应，形成饱和的化合物。A期特点

颜色逐渐深暗，从淡黄色变为棕褐色，从透明变为混浊，黏度增大（妨碍对流传热），闪燃点增高，灰分和水分增多。

（二）B期：油继续吸收氧气，生成稳定的油的氧化物和低分子量的有机酸，种油对绕组绝缘和金属都有较强的腐蚀作用。

（三）C期：油进一步氧化，当酸性物浓度达一定程度时，便产生加聚和缩聚作用，生成中性的高分子树脂质及沥青质，同时析出水分，使油呈混浊的胶凝状态，最后成为固体的油泥沉淀。C期特点

油泥沉淀在绕组上会妨碍绕组的散热，且绝缘性能变坏，表现在电阻率降低，介质损耗增大，击穿电压降低。随着油继续氧化，油的质量日益劣化，劣化到一定程度的油就不能再继续使用。上述过程可概括为：油温升高一氧化加速一油裂解一分解出多种能溶于油的微量气体一绝缘破坏。二、绝缘油老化的影响因素温度油接触物光照电场

通过本知识点的学习，使学生了解影响绝缘油老化的因素，掌握绝缘油老化过程，为今后的课程学习打下了良好的基础。电介质绝缘特性提高液体电介质击穿电压的措施一、过滤与干燥

为除去油中水分、有机酸、纤维等杂质，常用压滤机过滤，或加吸附剂(白土、硅胶)处理。为防止受潮，在大型变压器呼吸器内装干燥剂，或充氮保护和在油枕中用塑料气囊使油面不与空气直接接触。二、祛气

为除去油中气泡的影响，可采用此法，但对密封不严运行中的变压器作用不大。三、油—固体组合绝缘

为消除纤维带来的导电小桥的危害，广泛采用油—固体组合绝缘。

覆盖层绝缘层屏障多重屏障

油—屏障绝缘

(a)覆盖层；(b)绝缘层；(c)屏障；(d)覆盖加屏障；(e)多重屏障

通过本知识点的学习，使学生掌握提高液体电介质击穿电压的主要措施，为今后的课程学习打下了良好的基础。电介质绝缘特性液体电介质的击穿特性一、液体电介质常用的液体电介质主要是从石油中提炼出来的碳氢化合物的混合物——变压器油、电容器油、电缆油等。二、液体电介质的击穿过程（一）纯净液体电介质

纯净液体电介质的击穿属于电击穿.液体分子游离电子崩击穿（2）工程用液体

工程用液体电介质的击穿场强较低。因为在电气设备制造过程中有杂质混入，其击穿存在热过程，属于热击穿的范畴，可用“小桥”击穿理论来解释工程用液体电介质的击穿过程。（3）“小桥”击穿理论

油中因受潮含有水分，此外还含有油纸或布脱落的纤维，而水和纤维的相对介电系数很大，极易极化而沿电场方向定向排列。若定向排列的纤维贯穿于电极形成连续的杂质小桥，因小桥的电导较大，其泄漏电流增大，从而引起杂质小桥通道发热，则会促使水分汽化，随着气泡扩大和发展，会出现气体小桥，使油间隙发生击穿。

通过本知识点的学习，使学生熟悉液体介电质击穿过程，掌握“小桥”理论的应用，为今后的课程学习打下了良好的基础。电介质绝缘特性影响液体电介质击穿电压的因素一、水分

水分可使液体介质击穿电压大大降低。因为小水珠的介电系数很大，水珠在电场力的作用下被拉长，并沿电场方向排列，当有相当数量的水珠时，便可在两极间形成一导电小桥，小桥连接两电极，就明显降低击穿电压。二、压力

油中含有气体时，其工频击穿电压随油的压力增大而升高，因压力增加时，气体在油中的溶解量增大，且气泡的局部放电起始电压也提高。三、纤维和其它杂质

油中杂质除水分外，还有其它固体杂质，如纤维。吸收水分的纤维在电场力的作用下，沿电场方向排列，组成导电小桥，形成击穿。此外，还有由于放电所产生的碳粒和氧化所生成的残渣等，它们都会使电场变得不均匀，还可附着于固体表面，降低沿面放电电压。四、电场均匀程度

油的纯净度愈高时，改善电场均匀程度，就愈能使工频、直流击穿电压提高。在品质较差的油中，改善电场均匀程度的好处并不显著，因杂质的影响能使电场畸变。在冲击电压作用下，由于油中杂质的作用减弱，改善了电场，能提高其击穿