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固體電介質(zhì)的擊穿特性、擊穿形式及原理

更新時間:2024-04-07      點擊次數(shù):1853

一、固體電介質(zhì)的擊穿特性

固體介質(zhì)的擊穿與氣體、液體電介質(zhì)相比,主要有以下不同:

(1)固體電介質(zhì)擊穿場強(qiáng)高。固體電介質(zhì)擊穿場強(qiáng)一般比氣體和液體電介質(zhì)高,例如,在均勻電場中,云母的工頻擊穿場強(qiáng)可達(dá)2000~3000kV/cm。

(2)固體電介質(zhì)絕緣具有非恢復(fù)性。固休電介質(zhì)擊穿后會留下痕跡,如貫穿電極孔道、開裂,撤去電壓后不能像氣體電介質(zhì)那樣恢復(fù)原有的絕緣性能。

(3)固體電介質(zhì)具有累積效應(yīng)。固體介質(zhì)在沖擊電壓作用下絕緣損傷會擴(kuò)大甚至擊穿,這種現(xiàn)象稱為累積效應(yīng)。大部分有機(jī)材料有明顯的累積效應(yīng),玻璃、母等無機(jī)材料沒有明顯的累積效應(yīng)。

(4)固體電介質(zhì)擊穿具有體積效應(yīng)。固體電介質(zhì)擊穿場強(qiáng)分散性很大,這與材料的不均 勻性有關(guān)。加大試樣的面積和體積,使絕緣材料弱點出現(xiàn)的概率增大,會使擊穿場強(qiáng)降低,這就是所謂擊穿的體積效應(yīng)。圖TYBZ01403002-1 給出了聚乙烯的短時擊穿強(qiáng)度絕緣厚度的關(guān)系,由圖可見,隨著絕緣厚度的增加,擊穿強(qiáng)度大大降低。因此在小試樣的短時樣上的試驗結(jié)果并不適用于大尺寸的絕緣結(jié)構(gòu)。

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二、固體電介質(zhì)的擊穿形式

1.電擊穿

固體介質(zhì)的電擊穿是指僅僅由于電場的作用而直接使介質(zhì)破壞并喪失絕緣性能的現(xiàn)象,其擊穿過程與氣體相似。在介質(zhì)的電導(dǎo)很小,又有良好的散熱條件,且內(nèi)部不存在局部放電的情況下,固體介質(zhì)的擊穿通常為電擊穿。

擊穿的主要特征;擊穿場強(qiáng)高,可達(dá)105~106kV/m;②與周圍環(huán)境溫度無關(guān);③除時間很短的情況,與電壓作用時間關(guān)系不大;介質(zhì)發(fā)熱不顯著;電場均勻程度對擊穿有顯著影響。

2.熱擊穿

固體介質(zhì)會因介質(zhì)模耗而發(fā)熱,如果周圍環(huán)境溫度高,散熱條件不好,介質(zhì)溫度將不斷上升而導(dǎo)致絕緣的破壞,如介質(zhì)分解、熔化、碳化或燒焦,從而引起熱擊穿

在交流電壓和直流電壓下的熱擊穿理論相同,但由于直流電壓下的介質(zhì)損耗較小,所以真流電壓下,正常未受潮的絕緣很少發(fā)生熱擊穿。交流電壓頻率升高時,介質(zhì)損耗迅速增大,熱擊穿的概率也大大增加,有時需要采取冷卻措施,如中頻感應(yīng)加熱設(shè)備的電容器,一般需要在夾層中通冷卻水加以冷卻。

由于熱擊穿所需時間較長,常常需要幾個小時,故沖擊電壓作用下固體介質(zhì)常發(fā)生電擊穿,而不發(fā)生熱擊穿。另外,即使提高工頻試驗電壓,熱擊穿也常常需要好幾分鐘。因此絕緣試驗中常用的1min耐壓不能考驗固體介質(zhì)的熱擊穿特性,例如,對帶電作業(yè)的操作工具的耐壓試驗要求施加電壓5min。

3.電化學(xué)擊穿

固體介質(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)象稱為電化學(xué)擊穿。

局部放電是介質(zhì)內(nèi)部缺陷(如氣隙或氣泡)引起局部性質(zhì)的放電,是引起電化學(xué)擊穿的重要因素。提高局部放電電壓的措施有:

(1)提高氣隙擊穿場強(qiáng),如充油設(shè)備用高油壓來提高油中氣隙的擊穿場強(qiáng)。

(2)設(shè)法用油或高強(qiáng)度氣體填充空穴,如用于電容器、電纜、互感器及電容套管中的油紙絕緣,多層介質(zhì)用油浸漬均可有效提高局部放電電壓。

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