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固体介质击穿电压的因素

2009-06-15

影响固体介质击穿电压的主要因素

 

击穿电压的主要因素
影响固体介质击穿电压的因素甚多,下面介绍几种主要的影响因素。

电压作用时间
如果电压作用时间很短(例如以下),固体介质的击穿往往是电击穿,击穿电压

当然也较高。随着电压作用时间的增长,击穿电压将下降,如果在加电压后数分钟到数小

时才引起击穿,则热击穿往往起主要作用。不过二者有时很难分清,例如在工频交流

耐压试验中的试品被击穿,常常是电和热双重作用的结果。电压作用时间长达数十

小时甚至几年才发生击穿时,大多属于电化学击穿的范畴。

以常用的油浸电工纸板为例,在图中,以频击穿电压(峰值)作为基准值,纵坐标以标么值来表示。电击穿与热击穿的分界点时间约在之间,作用时间大于此值后,热过程和电化学作用使得击穿电压明显下降。不过击穿电压与更长

时间(图中达数百小时)的击穿电压相差已不太大,所以通常可将频试验电压作为基

础来估计固体介质在工频电压作用下长期工作时的热击穿电压。许多有机绝缘材料的短

时间电气强度很高,但它们耐局部放电的性能往往很差,以致长时间电气强度很低,这一

点必须予以重视。在那些不可能用油浸等方法来消除局部放电的绝缘结构中(例如旋转

电机),就必须采用云母等耐局部放电性能好的无机绝缘材料。

图油浸电工纸板的击穿电压与加电压时间的关系时

电场均匀程度和介质的厚度

处于均匀电场中的固体介质,其击穿电压往往较高,且随介质厚度的增加近似地成线

性增大若在不均匀电场中,介质厚度增加将使电场更不均匀,于是击穿电压不再随厚度

的增加而线性上升。当厚度增加使散热困难到可能引起热击穿时,增加厚度的意义就更

小了。

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高压电器稳定性试验新技术、新设备应用与操作及检验标准实务全书

常用的固体介质一般都含有杂质和气隙,这时即使处于均匀电场中,介质内部的电场

分布也是不均匀的,zui大电场强度集中在气隙处,使击穿电压下降。如果经过真空干燥、

真空浸油或浸漆处理,则击穿电压可明显提高。

频率

在电击穿区域内,如果频率的变化不造成电场均匀度的改变,则击穿电压与频率几乎

无关。在热击穿区域内,如果频率使和变化不大,则击穿电压将与频率的平方根成反比。如厚度为的玻璃,在工频时的击穿电压为(有效值),而在高频时击穿

电压仅为(有效值)。这是因为频率上升使介质损耗上升,导致发热,促使热击

穿过程的发展。

温度

固体介质在某个温度范围内其击穿性质属于电击穿,这时的击穿场强很高,且与温度

几乎无关。超过某个温度后将发生热击穿,温度越高热击穿电压越低如果其周围媒质的

温度也高,且散热条件又差,热击穿电压将更低。因此,以固体介质作绝缘材料的电气设

备,如果某处局部温度过高,在工作电压下即有热击穿的危险。不同的固体介质其耐热性

能和耐热等级是不同的,因此它们由电击穿转为热击穿的临界温度一般也是不同的。

受潮

受潮对固体介质击穿电压的影响与材料的性质有关。对不易吸潮的材料,如聚乙烯、

聚四氟乙烯等中性介质,受潮后击穿电压仅下降一半左右容易吸潮的极性介质,如棉纱、

纸等纤维材料,吸潮后的击穿电压可能仅为干燥时的百分之几或更低,这是因电导率和介

质损耗大大增加的缘故。所以高压绝缘结构在制造时要注意除去水分,在运行中要注意

防潮,并定期检查受潮情况。

累积效应

固体介质在不均匀电场中以及在幅值不很高的过电压,特别是雷电冲击电压下,介质

内部可能出现局部损伤,并留下局部碳化、烧焦或裂缝等痕迹。多次加电压时,局部损伤

会逐步发展,这称为累积效应。显然,它会导致固体介质击穿电压的下降。

在幅值不高的内部过电压下以及幅值虽高、但作用时间很短的雷电过电压下,由于加

电压时间短,可能来不及形成贯穿性的击穿通道,但可能在介质内部引起强烈的局部放

电,从而引起局部损伤。

主要以固体介质作绝缘材料的电气设备,随着施加冲击或工频试验电压次数的增多,

可能因累积效应而使其击穿电压下降。因此,在确定这类电气设备耐压试验加电压次数

和试验电压值时,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。

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*篇高压电器设备试验技术总论
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第四节电介质的老化

电气设备在长期运行中,其介质不可避免的要承受热的、电的、化学的和机械力的作

用。在这些因素的作用下,介质的物理性能逐渐劣化,如变脆、变粘、起层等,电气性能逐

渐降低,如电导变大、变大和绝缘强度下降等,这种在性能方面出的不可逆的劣化现

象称为介质的老化。

电介质的老化分为三类:由电场作用引起的电老化、由高温作用引起的热老化和由受

潮所加速劣化的受潮老化。下面分别介绍三种老化的过程。

一、电老化

电老化分为局部放电老化、电导性老化和电解性老化三种类型。

介质内部不可避免地存在某些小气泡或气隙,它们可能是由于浸渍工艺不完善,使介

质层间、介质与电极间或介质内部残留的也可能是浸渍剂与介质材料的膨胀系数不同由

温度变化所引起的介质在运行中也可能分解出气体,形成小气泡介质中的水分电离分

解也能产生气泡。气体介质的相对介电常数接近,比固、液体介质的相对介电常数小得

多,因而在电场作用下的场强就比邻近的固、液体介质中的场强大得多,而击穿场强又比

固、液体介质的低得多,所以zui容易在这些气隙或气泡中产生局部放电。

局部放电将产生如下后果:

带电粒子撞击气泡(或气隙)表面的介质,特别是对有机绝缘物,能使主链断裂,高

分子解聚或部分变为低分子,介质的物理性能变差。

局部温度升高,气泡膨胀,使介质开裂、分层、变脆,高温同时能使材料产生化学分

解,使该部分电导和损耗变大。

局部放电产生的和等气体对有机物产生氧化侵蚀,使介质逐渐劣化,特别

是介质受潮后,还可能与潮气结合生成亚硝酸或硝酸,对介质及金属电极都产生腐

蚀。]

 

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