6 固体电介质击穿特性

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second Level,Third Level,Fourth Level,Fifth Level,2007-3-24,*,*,高电压技术,李卫国,+60105052,，,13240310258,lwglixi,2007-3-24,第,5,讲固体电介质的击穿,李 卫 国,高电压与电磁兼容研究所,+60105052,，,13240310258,lwglixi,2007-3-24,一、固体电介质的击穿过程,1.,固体电介质击穿特性的划分,区域,A,：,击穿时间小于,10,s,的区域，此范围内击穿电压随击穿时间的缩短而提高。类似于气体介质击穿的伏秒特性,区域,B,：,击穿时间在,1.0,0.2,s,范围的区域，此范围内击穿电压恒定，与时间无关,这两个区域内的击穿都具有电击穿的性质,电工纸板的击穿电压,与电压作用时间的关系,2007-3-24,区域,C,：,击穿电压随击穿前时间的增加而明显下降，具有热击穿的特点,区域,D,：,C,区以外,电工纸板的击穿电压,与电压作用时间的关系,电化学击穿、电老化，击穿时间在几十个小时以上，甚至几年,2007-3-24,（,1,）电击穿,电击穿理论建立在固体电介质中发生碰撞电离基础上，固体电介质中存在少量传导电子，在电场加速下与晶格结点上的原子碰撞，从而击穿。,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，介质有明显的不完全击穿现象，导致绝缘性能逐渐下降，称为累积效应。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、频率等因素都无关,2.,固体击穿理论,2007-3-24,热击穿的概念：,由于介质损耗的存在，固体电介质在电场中会逐渐发热升温，温度的升高又会导致固体电介质电阻的下降，使电流进一步增大，损耗发热也随之增大。在电介质不断发热升温的同时，也存在一个通过电极及其它介质向外不断散热的过程。如果同一时间内发热超过散热，则介质温度会不断上升，以致引起电介质分解炭化，最终击穿，这一过程称电介质的热击穿过程,（,2,）,热击穿,2007-3-24,A,范围：击穿电压和介质温度无关，属于电击穿性质,B,范围：温度超过某临界值后，击穿电压随介质温度的增加而下降，表明击穿已涉及到明显的热过程,交变电压下电瓷的击穿电压与温度的关系,2007-3-24,热击穿的理论分析,电 压：,U,1,U,2,U,3,曲线,1,2,3,：,电介质发热量,Q,与介质中最高温度,t,m,的关系,直线,4,： 表示固体介质中最高温度大于周围环境温度,t,0,时，散出的热量,Q,与介质中最高温度,t,m,的关系,不同外施电压下介质发热散热与介质温度的关系,2007-3-24,曲线,1,：,发热永远大于散热，介质温度将不断升高，在电压,U,1,下最终必定发生热击穿,不同外施电压下介质发热散热与介质温度的关系,2007-3-24,曲线,2,：,与直线,4,相切，,U,2,为临界热击穿电压；,t,k,为临界热击穿温度,不同外施电压下介质发热散热与介质温度的关系,2007-3-24,曲线,3,：,t,t,a,时：曲线在直线,4,之下，不发生热击穿，介质温度逐渐升高并稳定在,t,a,，称,t,a,为稳定热平衡点,t,t,b,时：情况类似曲线,1,，最终发生热击穿,t,=,t,b,时：发热等于散热，但因扰动使,t,大于,t,b,，则介质温度上升，回不到,t,b,，直至热击穿。称,t,b,为不稳定热平衡点,t,a,t,180,根据这个绝缘耐热等级可以进行设备运行负荷的最佳经济性设计。,电介质的耐寒性：,耐寒性是绝缘材料在低温下保证安全运行的最低许可温度，否则，固体可能变脆、开裂，液体可能凝固。如,10,、,25,、,40,号变压器油分别表示其凝固温度为,-10,、,-25,、,-40,2007-3-24,2.,机械性能,有脆性、塑性和弹性三种。,3.,吸潮性能,在潮湿地区要选用吸湿性小、憎水性强的材料。一般而言，非极性电介质吸湿性低，极性电介质吸湿性较强。,4.,化学性能及抗生物性,化学性能指材料的化学稳定性如耐腐蚀性气体、液体溶剂等；,抗生物性指材料抗霉菌、昆虫的性能，在湿热地区尤为重要。,2007-3-24,四、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.,改进运行条件：,保持良好的通风散热条件。,2007-3-24,谢谢,!,Q & A,2007-3-24,