第04章 固体、液体的电气强度.ppt

第第4章章 固体、液体的电气强度固体、液体的电气强度4.1 固体电介质击穿的机理固体电介质击穿的机理4.2 影响固体电介质击穿电压的因素影响固体电介质击穿电压的因素4.3 提高固体电介质击穿电压的方法提高固体电介质击穿电压的方法4.4 固体电介质的老化固体电介质的老化4.5 液体电介质击穿的机理液体电介质击穿的机理4.6 影响液体电介质击穿电压的因素影响液体电介质击穿电压的因素4.7 提高液体电介质击穿电压的方法提高液体电介质击穿电压的方法4.9 液体电介质的老化液体电介质的老化4.1 固体电介质击穿的机理固体电介质击穿的机理1、电击穿：、电击穿：由电场的作用使介质中的某些带电质点积累的数量由电场的作用使介质中的某些带电质点积累的数量和运动的速度达到一定程度，使介质失去了绝缘性能，和运动的速度达到一定程度，使介质失去了绝缘性能，形成导电通道。（类似于气体击穿）形成导电通道。（类似于气体击穿）2、热击穿：、热击穿：由电场作用下，介质内的损耗发出的热量多于散逸由电场作用下，介质内的损耗发出的热量多于散逸的热量，使介质温度不断上升，最终造成介质本身的破的热量，使介质温度不断上升，最终造成介质本身的破坏，形成导电通道。坏，形成导电通道。3、实验曲线：、实验曲线：A区：击穿前时间仅为几微秒，时间短，只能发生电区：击穿前时间仅为几微秒，时间短，只能发生电击穿；击穿；B区：击穿电压几乎不变，与时间的积累无关，显然区：击穿电压几乎不变，与时间的积累无关，显然没有热的作用，也为电击穿；没有热的作用，也为电击穿；C区：随着击穿前时间的增长，击穿电压显著下降，区：随着击穿前时间的增长，击穿电压显著下降，说明热击穿在此区域发挥了作用。说明热击穿在此区域发挥了作用。4.2 影响固体电介质击穿电压的因素影响固体电介质击穿电压的因素1、电压作用时间的影响：、电压作用时间的影响：存在临界点，即热击穿和电击穿的分界点。存在临界点，即热击穿和电击穿的分界点。2、电场均匀度和介质厚度的影响：、电场均匀度和介质厚度的影响：不均匀电场：不均匀电场：均匀电场均匀电场电击穿：电击穿：热击穿：热击穿：与厚度无关。与厚度无关。厚度厚度 击穿场强击穿场强厚度厚度 击穿场强击穿场强3、电压频率的影响：、电压频率的影响：电击穿：电击穿：Ub 与与 f 无关。无关。热击穿：热击穿：4、温度的影响：也存在临界点。、温度的影响：也存在临界点。时，时，与与 无关，属于电击穿性质。无关，属于电击穿性质。时，时，随随 的升高迅速下降，属于热击穿性质。的升高迅速下降，属于热击穿性质。5、受潮度的影响：、受潮度的影响：对于某些具有吸水性的固体介质来说，含水量增大对于某些具有吸水性的固体介质来说，含水量增大时，击穿电压迅速下降。时，击穿电压迅速下降。6、机械力的影响：、机械力的影响：均匀固体在弹性限度内：击穿电压与机械力无关。均匀固体在弹性限度内：击穿电压与机械力无关。固体有孔隙：固体有孔隙：击穿电压击穿电压固体有裂缝：固体有裂缝：机械力机械力 击穿电压击穿电压7、多层性的影响：、多层性的影响：需要注意各层介质电特性的适当配合。需要注意各层介质电特性的适当配合。8、累积效应的影响：、累积效应的影响：在不均匀电场中，固体介质在脉冲电压作用下，存在不均匀电场中，固体介质在脉冲电压作用下，存在不完全击穿的现象。不完全击穿具有累积效应，即击在不完全击穿的现象。不完全击穿具有累积效应，即击穿电压随不完全击穿次数的增加而降低。穿电压随不完全击穿次数的增加而降低。机械力机械力4.3 提高固体电介质击穿电压的方法提高固体电介质击穿电压的方法1、改进绝缘设计：、改进绝缘设计：改善电极形状及表面光洁度，使电场尽可能地均匀改善电极形状及表面光洁度，使电场尽可能地均匀分布；改善电极与绝缘体的接触条件；采用合理的绝缘分布；改善电极与绝缘体的接触条件；采用合理的绝缘结构，使各部分耐电强度与承担的场强有合理的配合。结构，使各部分耐电强度与承担的场强有合理的配合。2、改进制造工艺：、改进制造工艺：尽可能地清除介质中地杂质、气泡、水分等。尽可能地清除介质中地杂质、气泡、水分等。3、改善运行条件：、改善运行条件：注意防潮、防止尘污和有害气体地侵蚀。注意防潮、防止尘污和有害气体地侵蚀。4.4 固体电介质的老化固体电介质的老化老化：电气设备中的绝缘材料在运行过程中，由于受到老化：电气设备中的绝缘材料在运行过程中，由于受到各种因素的长期作用，会发生一系列不可逆的变各种因素的长期作用，会发生一系列不可逆的变化，从而导致其物理、化学、电和机械等性能的化，从而导致其物理、化学、电和机械等性能的劣化。这种不可逆的变化称为老化。劣化。这种不可逆的变化称为老化。促进老化的因素：电老化；热老化；环境老化。促进老化的因素：电老化；热老化；环境老化。1、环境老化：、环境老化：也称大气老化，包括光氧老化（最主要）、臭氧老也称大气老化，包括光氧老化（最主要）、臭氧老化、盐雾酸碱等污染性化学老化。缓解的主要方法是改化、盐雾酸碱等污染性化学老化。缓解的主要方法是改善绝缘材料本身的性能，包括抗氧化剂和防护腊。善绝缘材料本身的性能，包括抗氧化剂和防护腊。2、固体介质的电老化：、固体介质的电老化：固体介质在电场长时间作用下，会逐渐发生某些物固体介质在电场长时间作用下，会逐渐发生某些物理、化学变化，形成与介质本身不同的新物质，使介质理、化学变化，形成与介质本身不同的新物质，使介质的物理化学性能发生劣化，最终导致介质被击穿。此过的物理化学性能发生劣化，最终导致介质被击穿。此过程叫固体介质的电老化。程叫固体介质的电老化。电离性老化：电离性老化：电导性老化：电导性老化：电解性老化：电解性老化：也称也称“电树枝电树枝”，指在交流电作用下，指在交流电作用下，气隙（泡）的电离、电晕等现象。气隙（泡）的电离、电晕等现象。也称也称“水树枝水树枝”，指在交流电作用下，指在交流电作用下，由于液体的导电物质引起的老化现象。由于液体的导电物质引起的老化现象。直流电压长期作用下，即使直流电压长期作用下，即使 ，由于电化学过程也会导致的老化现象。由于电化学过程也会导致的老化现象。3、固体介质的热老化：、固体介质的热老化：特征：特征：变脆、龟裂，变软、发黏。变脆、龟裂，变软、发黏。影响因素：影响因素：固体绝缘材料的运行温度、热作用时间。固体绝缘材料的运行温度、热作用时间。耐热等级：耐热等级：绝缘能够持续地在此温度下工作，尚能确保一定地绝缘能够持续地在此温度下工作，尚能确保一定地工作寿命。工作寿命。级别级别YAEBFHC90105120130155180220 10（8、6）度规则：）度规则：工作温度提高工作温度提高10（8、6）度，绝缘寿命缩短一半。）度，绝缘寿命缩短一半。重要性：重要性：对正常的电气设备来说，严重的电老化是不允许存对正常的电气设备来说，严重的电老化是不允许存在的，而环境老化通常是很缓慢的。因此，设备绝缘的在的，而环境老化通常是很缓慢的。因此，设备绝缘的寿命主要由热老化来决定。寿命主要由热老化来决定。4.5 液体电介质击穿的机理液体电介质击穿的机理液体电介质分类：液体电介质分类：矿物油：变压器油、电容器油、电缆油和开关油等。矿物油：变压器油、电容器油、电缆油和开关油等。合成油：目前仅供浸渍电容器用。合成油：目前仅供浸渍电容器用。矿物油的击穿机理分为纯净油和工程用油两种。矿物油的击穿机理分为纯净油和工程用油两种。1、纯净油：、纯净油：纯净油的击穿机理与气体介质类似。由于液体的密纯净油的击穿机理与气体介质类似。由于液体的密度远大于气体，平均自由程很小，故不易被击穿。度远大于气体，平均自由程很小，故不易被击穿。纯净油的击穿完全由电的作用造成，属于电击穿的纯净油的击穿完全由电的作用造成，属于电击穿的性质。性质。2、工程用油（、工程用油（“小桥小桥”理论）：理论）：存在杂质：不纯、接触大气、固体脱落、液体老化。存在杂质：不纯、接触大气、固体脱落、液体老化。形成形成“小桥小桥”：在电场作用下这些杂质被拉长，被定在电场作用下这些杂质被拉长，被定向，沿电场方向排列成杂质的向，沿电场方向排列成杂质的“小桥小桥”。形成气泡：如形成气泡：如“小桥小桥”贯穿两极，由于组成贯穿两极，由于组成“小桥小桥”的杂质的电导较大，使泄露电流增大，发热增多，促的杂质的电导较大，使泄露电流增大，发热增多，促使水分汽化，形成气泡。使水分汽化，形成气泡。气泡中发生电离：气泡中的场强大，但其耐电强度小，气泡中发生电离：气泡中的场强大，但其耐电强度小，故电离过程首先发生在气泡中。故电离过程首先发生在气泡中。击穿：击穿：“小桥小桥”中气泡的增多，将导致中气泡的增多，将导致“小桥小桥”通道通道被电离击穿。这种击穿属于热击穿性质。被电离击穿。这种击穿属于热击穿性质。4.6 影响液体电介质击穿电压的因素影响液体电介质击穿电压的因素1、电压作用时间：、电压作用时间：油间隙的击穿电压与作用时间的关系与固体介质相油间隙的击穿电压与作用时间的关系与固体介质相类似。电压作用时间很短时，具有纯电击穿的性质；当类似。电压作用时间很短时，具有纯电击穿的性质；当作用时间较长时，则将发生热击穿过程。作用时间较长时，则将发生热击穿过程。2、电场情况的影响：、电场情况的影响：工频电压工频电压电场均匀：油的品质对电场均匀：油的品质对 的影响大。的影响大。电场不均匀：不易形成电场不均匀：不易形成“小桥小桥”，故油的品，故油的品质对质对 的影响不大。的影响不大。冲击电压：不易形成冲击电压：不易形成“小桥小桥”，油品质对，油品质对 影响不大。影响不大。3、液体介质本身品质的影响：、液体介质本身品质的影响：较均匀电场，持续电压作用下，介质本身品质对击较均匀电场，持续电压作用下，介质本身品质对击穿电压影响较大。通常采用标准试油器（电极：圆盘、穿电压影响较大。通常采用标准试油器（电极：圆盘、圆球、球盘）来衡量油的品质。圆球、球盘）来衡量油的品质。4、温度的影响：、温度的影响：温度对液体电介质击穿电压的影响十分复杂。温度对液体电介质击穿电压的影响十分复杂。5、压强的影响：、压强的影响：工频电压：压强工频电压：压强油中气体油中气体 击穿电压击穿电压冲击电压：无影响。冲击电压：无影响。4.7 提高液体电介质击穿电压的方法提高液体电介质击穿电压的方法1、提高并保持油的品质、提高并保持油的品质：压力过滤法（滤纸）；压力过滤法（滤纸）；真空喷雾法（挥发水）；真空喷雾法（挥发水）；吸附剂法。吸附剂法。2、覆盖、覆盖（薄）：（薄）：紧贴在金属电极上的固体绝缘薄层，阻止紧贴在金属电极上的固体绝缘薄层，阻止“小桥小桥”与电极接触。与电极接触。3、绝缘层（厚）：、绝缘层（厚）：像加厚了的覆盖，包在较小曲率半径的电极上，改像加厚了的覆盖，包在较小曲率半径的电极上，改变电场，防止发生电晕。变电场，防止发生电晕。4、极间障（屏障、隔板）：、极间障（屏障、隔板）：放在电极间油隙中的固体绝缘板，机械阻隔杂质放在电极间油隙中的固体绝缘板，机械阻隔杂质“小桥小桥”成串。成串。4.9 液体电介质的老化液体电介质的老化1、变压器油的老化过程：、变压器油的老化过程：特征：特征：颜色逐渐深暗，从透明变为混浊。颜色逐渐深暗，从透明变为混浊。黏度增大，闪燃点增高，灰色和水分增多。黏度增大，闪燃点增高，灰色和水分增多。酸价增加。酸价增加。绝缘性能变坏，表现在电阻率下降，介质损耗角增绝缘性能变坏，表现在电阻率下降，介质损耗角增大，击穿电压降低。大，击穿电压降低。产生沉淀物。产生沉淀物。变压器油老化的主要原因是油的氧化。变压器油老化的主要原因是油的氧化。2、影响变压器油老化的因素：、影响变压器油老化的因素：温度、光照、电场、触媒。温度、光照、电场、触媒。3、延缓变压器油老化的方法：、延缓变压器油老化的方法：油扩张器：加装油枕，减小油与空气的接触面。油扩张器：加装油枕，减小油与空气的接触面。隔离胶囊：油枕中加装空心薄膜胶囊，浮在油面上。隔离胶囊：油枕中加装空心薄膜胶囊，浮在油面上。与强触媒物质隔离：铜线镀锡。与强触媒物质隔离：铜线镀锡。掺入抗氧化剂：提高油的安定性。掺入抗氧化剂：提高油的安定性。4、变压器油的再生：、变压器油的再生：酸碱白土法：酸生成酸渣，碱与酸中和，清水洗酸碱白土法：酸生成酸渣，碱与酸中和，清水洗涤，白土吸附。涤，白土吸附。氢化法：特殊触媒下，用氢使油中氧还原成水。氢化法：特殊触媒下，用氢使油中氧还原成水。气体、液体、固体击穿电压的影响因素和提高方法气体、液体、固体击穿电压的影响因素和提高方法气体气体影响影响因素因素电场均电场均匀程度匀程度大气条件大气条件提高提高方法方法改善电改善电场分布场分布采用高采用高度真空度真空增高气增高气压压采用采用SF6气体气体液体液体影响影响因素因素电压作电压作用时间用时间电场情电场情况况液体品质液体品质温度温度压强压强提高提高方法方法绝缘层绝缘层（厚）（厚）提高并提高并保持油保持油的品质的品质覆盖覆盖（薄）（薄）极间障极间障固体固体影响影响因素因素电压作电压作用时间用时间电场均电场均匀度匀度电压频电压频率率温度温度受潮度受潮度机械力机械力多层性多层性和累积和累积效应效应提高提高方法方法改进绝改进绝缘设计缘设计改善运改善运行条件行条件改进制改进制造工艺造工艺