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电气绝缘基本知识 2009年07月 一 气体介质的绝缘特性二 液体介质的绝缘特性三 固体介质的绝缘特性四 组合绝缘的耐电特性 主要内容 一 气体介质的绝缘特性 空气间隙的击穿均匀电场中气体间隙击穿与气体密度的关系电场是否均匀对空气间隙击穿电压的影响气体间隙的直流击穿电压和极性效应冲击电压下空气间隙的击穿电压影响气体间隙击穿电压的各种因素SF6气体的绝缘特性气体放电的不同形式气体中固体介质沿表面放电 一 气体介质的绝缘特性 空气间隙的击穿 碰撞电离 电子崩 流注 击穿 一 气体介质的绝缘特性 空气间隙的击穿 碰撞电离 电子崩 流注 击穿 带电质点在电场下 加速运动 将其它中性分子或原子撞成电子和正离子 电子和正离子再碰撞电离 使间隙中带电质子象 雪崩 一样增加 正负电荷复合产生光子 产生光电离 产生二次电子 形成二次电子崩 许多二次崩与一次崩合在一起 形成流注 流注向一方发展时 会抑制其它方面的流注形成 故放电通道一般狭窄 很细很亮 均匀电场中气体间隙击穿与气体密度的关系 巴申定律 当气体种类和电极材料一定时 均匀电场中气隙的放电电压Uf是气体压力P和间隙极间距离S乘积的函数 真空断路器压缩空气断路器 电场是否均匀对空气间隙击穿电压的影响 气体间隙的直流击穿电压和极性效应 冲击电压下空气间隙的击穿电压 影响气体间隙击穿电压的各种因素 气体状态 密度大 击穿电压会升高 密度小 击穿电压会降低 密度太小 也降低 气压与温度通过对密度的影响 影响击穿电压温度增大 击穿电压增大 电压作用时间 均匀电场 击穿电压与电压波形 电压作用时间无关 极不均匀电场 雷电冲击击穿电压比工频冲击电压高得多 极不均匀电场 操作冲击电压 如果波前时间T1与间隙S比 处于临界波前时间T0附近 则可能低于工频冲击击穿电压 电压的极性 均匀电场 击穿电压与电压极性无关 极不均匀电场 当棒为正极时 直流击穿电压与工频冲击电压接近相等 极不均匀电场 当棒为负极时 直流击穿电压远高于工频冲击电压 影响气体间隙击穿电压的各种因素 电场均匀程度 电场越均匀 击穿电压高 电极材料与光洁 表面不易发射电子 击穿电压高 表面光洁 击穿电压高 不同气体类型 卤素元素气体 击穿电压比空气高几倍 SF6气体的绝缘特性 电场均匀程度 SF6在普通状态下 无色 无嗅 无毒 不燃的惰性气体相对密度是空气的5倍电气绝缘强度是空气的2 3 3倍灭弧性能是空气的100倍 均匀电场中 提高气压 能显著提高击穿电压 气体的压力 气压越大 击穿电压越高 气液状态 防止出现液态压力越高 液化温度越高如 20 表压为0 1MP的SF6气体 63 液化20 表压为0 45MP的SF6气体 40 液化 注意分解物 毒性 腐蚀 气体放电的不同形式 气体压力 电极形状 电场强度有关 辉光放电 电弧放电 火花放电 压力小 真空中放电电流密度小 放电区域占放电管电极间整个空间 压力增大 1个大气压以上放电电流密度大 温度高 亮而细长放电弧道 弧道电阻小 似短路 放电回路阻抗大 放电时断时续外电路阻抗大 压降大 间隙多次被击穿 电晕放电 刷状放电 极不均匀电场环境中空气间隙电场极不均匀 在电极附近强电场处出现的局部空气游离发光现象 电流小 整个空气间隙并未击穿 仍能耐受电压作用 电晕放电后压力增大 产生刷状放电从电晕电极间产生许多明亮的细小放电通道压力再大 整个间隙击穿 形成电弧放电或火花放电 电力线路和设备外绝缘只能出现电晕放电 刷状放电 火花放电 电弧放电 气体中固体介质沿表面放电 与绝缘物表面状况 污染程度 电场分布等有关 固体绝缘表面光洁度 表面的损伤或毛刺 引起沿面电阻分布不均匀 使电场分布不均匀 电场强的地方首先放电 整体沿面放电电压降低 空气潮湿 绝缘物表面吸收潮气形成水膜水中离子 在电场作用下 向电极积聚 使电极电场加强并放电 大气湿度和绝缘物吸潮 结合不好 形成气隙气隙中电场分布比固体强 首先发生电晕放电 导体与绝缘物结合程度 电场分布的影响 在电场分布最强的地方 空气首先发生游离 产生电晕 使沿面放电电压降低 提高空气中固体绝缘物沿面放电电压的措施 措施1 户外电气设备外绝缘设置裙边使绝缘子上下不能全湿 形不成 贯通性 水膜 提高沿面放电电压 措施2 户外电气设备外绝缘涂憎水性涂料RTV或PRTV 使水膜不能连成一片RTV 8年 PRTV 20年 措施3 配电装置各部分应力求作到电场均匀以增加其耐电强度 减少电极附近单位面积的体积电容 避免电极边缘电场过分集中 减少电极附近固体绝缘表面电阻系数 使电力线只经固体内部 不经空气间隙 减少电极附近单位面积的体积电容 加粗 二 液体介质的绝缘特性 液体绝缘介质的种类变压器油的击穿过程影响变压器油击穿电压的各种因素 液体绝缘介质的种类 矿物质油 植物油 合成绝缘油 DB 10号变压器油凝点不高于 10 闪点不低于140 用于气温不低于 10 地区变压器用油 气温不低于 5 地区的户外断路器 油浸电容式套管和互感器 DB 25号变压器油凝点不高于 25 闪点不低于140 用于气温低于 10 地区变压器用油 气温不低于 20 地区的户外断路器 油浸电容式套管和互感器 DB 45号变压器油凝点不高于 45 闪点不低于135 用于气温低于 10 地区变压器用油 气温低于 20 地区的户外断路器 油浸电容式套管和互感器 多用蓖麻油 过去和将来多用 多用于电容器 如十二烷基苯等 影响变压器油击穿的因素 压力的影响 温度的影响 油中含有气体时 工频击穿电压随压力增高而增高 受潮的油 击穿电压随温度升高而增高 80度以上反而降低 电场均匀程度 电压作用时间 纯净油 电场均匀能提高工频 直流击穿电压污油 电场均匀影响不大试验中 应按极不均匀考虑 油间隙的击穿电压短时间内随电压作用时间加大而下降试验中 常加试验电压1min 冲击电压作用 油间隙的冲击击穿电压比工频或直流击穿电压高很多改善电场均匀程度能明显提高冲击击穿电压 油隙宽度 油间隙的增大 油的击穿场强减少 不成比例 变压器常用绝缘纸筒或纸板将油间隙分成若干小油间隙 提高总体击穿电压 三 固体介质的绝缘特性 固体电介质的种类及其特性固体绝缘击穿的三种形式影响固体击穿的因素 固体电介质的种类及其特性 天然材料 人造材料 无机物 木材 云母 石棉 橡胶 有机物 电瓷 玻璃 电木 塑料 木材 橡胶 电瓷 玻璃 固体绝缘击穿的三种形式 电压高于临界值后 电流剧增 电介质不耐压 失去绝缘固体介质在击穿过程中 熔化或烧焦 形成机械损伤 电击穿 热击穿 电化学击穿 介质中存在的少量自由电子 在强电场作用下碰撞 导致击穿电击穿速度快 环境温度影响不大 介质损耗使绝缘内部发热 散不出去 温度过高而使绝缘击穿与环境温度 电压作用时间 电压频率有关固体受潮 介质损耗增大 泄漏电流增大 易被击穿 由于电极边缘 电极和绝缘接触处的气隙或绝缘内部存在气泡等发生电晕或局部放电引起游离 发热 和化学反应等因素综合作用而引发 影响固体击穿的因素 温度的影响 温度超过一定数值后 击穿电压随温度升高而下降 电压作用时间 电压作用时间短 电击穿电压作用时间较长 热击穿电压作用时间特别长 电化学击穿 电场均匀程度 电场越不均匀 击穿电压越低 潮湿的影响 不易吸潮的固体 受潮后击穿电压大大降低易吸潮的物体 纸 棉 吸潮后绝缘完全丧失 电压种类影响 直流击穿电压 比交流高得多冲击击穿电压 比交流击穿电压高得多高频击穿电压 比交流击穿电压低 机械力的影响 未破坏前影响不大出现裂缝时 击穿电压明显下降 局部放电影响 局部放电 未形成贯穿性的击穿通道 影响不大多次受高电压作用 积累成贯穿问题 使击穿电压下降 四 组合绝缘的耐电特性 油纸绝缘的耐电特性油纸组合绝缘在交直流电压作用下的不同特点组合绝缘的吸收现象 油纸绝缘的耐电特性 优点 油纸绝缘是由浸透绝缘油的纸层和纸层间缝隙内的油层两部分组成的组合绝缘 很高耐电强度原料丰富 制作简单 成本低 电力变压器高压电容器高压互感器 缺点 耐热性能低 105 易吸水受潮 使绝缘显著降低 电力变压器高压电容器高压互感器 耐热性能低 105 易吸水受潮 使绝缘显著降低 制造时干燥真空干燥真空注油 纸在油中起屏蔽作用油填充了纸中的空隙耐电高 油纸绝缘的耐电特性 电压时间的影响 局部放电的影响 温度的影响 介电系数的影响 电击穿 热击穿 电化学击穿 在2小时内 随作用时间的缩短击穿电压显著升高超2小时后 击穿电压与电压作用时间无大关系 短时击穿电压与长时间击穿电压相差很大如 雷击冲击耐受电压一般是短时工频耐受电压的2 1 2 3倍