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1、固体电介质的电气强度第1页，本讲稿共22页主要内容n固体电介质的击穿过程固体电介质的击穿过程n影响固体电介质击穿电压的主要因素影响固体电介质击穿电压的主要因素n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n电介质的其它性能电介质的其它性能第2页，本讲稿共22页n气气、固固、液液三三种种电电介介质质中中，固固体体密密度度最最大大，耐电强度最高耐电强度最高n固固体体电电介介质质的的击击穿穿过过程程最最复复杂杂，且且击击穿穿后后是是唯一不可恢复的绝缘唯一不可恢复的绝缘n普普遍遍规规律律：任任何何介介质质的的击击穿穿总总是是从从电电气气性性能最薄弱的缺陷处发展起来的能最薄弱的缺陷处发展起来
2、的概述第3页，本讲稿共22页一、固体电介质的击穿过程1.固体电介质击穿特性的划分固体电介质击穿特性的划分 电工纸板的击穿电压与电压作用时间的关系电工纸板的击穿电压与电压作用时间的关系 第4页，本讲稿共22页n电电击击穿穿理理论论建建立立在在固固体体电电介介质质中中发发生生碰碰撞撞电电离离基基础础上上，固固体体电电介介质质中中存存在在少少量量传传导导电电子子，在在电电场场加加速速下下与与晶晶格结点上的原子碰撞，从而击穿格结点上的原子碰撞，从而击穿n电击穿理论本身又分为两种解释碰撞电离的理论电击穿理论本身又分为两种解释碰撞电离的理论 固有击穿理论固有击穿理论 电子崩击穿理论电子崩击穿理论2.电击穿
3、第5页，本讲稿共22页n时间影响n介质特性n电场均匀度 n累积效应n无关因素电击穿的特点第6页，本讲稿共22页3.热击穿热击穿交变电压下电瓷的击穿电压与温度的关系交变电压下电瓷的击穿电压与温度的关系 第7页，本讲稿共22页热击穿的概念：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，温度升高导致固体电介质电阻下降，电流进一步增大，温，温度升高导致固体电介质电阻下降，电流进一步增大，损耗发热也随之增大。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
4、向外不断散热的过程。如果同一时间内发热超过散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，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。最终击穿。第8页，本讲稿共22页电化学击穿l主要原因：局部放电l影响因素：电压作用时间，介质种类l电离性老化与电导性老化第9页，本讲稿共22页二、影响固体介质击穿电压主要因素n电压作用时间电压作用时间n温度温度n电场均匀程度电场均匀程度n电压种类电压种类n累积效应累积效应n受潮受潮n机械负荷机械负荷n二次效应如空间电荷等二次效应如空间电荷等第10页，本讲稿共22页电介质击穿过程的空间电荷效应n
5、电电介介质质中中空空间间电电荷荷：由由于于外外加加电电场场的的作作用用等等原原因因，在在介介质质内内部部积积聚聚了了电电荷荷，称称作空间电荷作空间电荷n空空间间电电荷荷效效应应：由由于于空空间间电电荷荷的的作作用用引引起起的的一一系系列列变变化化。在在电电介介质质中中，空空间间电电荷荷的的直直接接作作用用是是改改变变了了介介质质中中的的电电场场分分布布。这这种种电电场场畸畸变变的的结结果果导导致致了了介介质质击击穿电压的变化穿电压的变化第11页，本讲稿共22页电荷引起电场分布的畸变机理电荷引起电场分布的畸变机理界面场强被削弱了界面场强被削弱了 界面场强被增强了界面场强被增强了可导致介质击穿电压
6、升高 可导致介质击穿电压下降第12页，本讲稿共22页概概念念：电介质在外加电场的作用下，在金属电极与电介质之间的界面上积聚了与施加在该电极上的电压极性相同的电荷，这些电荷称为同极性空间电荷特特点点：同极性空间电荷削弱金属电极与介质间的界面场强，结果可导致介质整体击穿电压的提高，如（b）所示。当极性翻转时，可导致击穿电压下降，如（c）所示同极性空间电荷的积累第13页，本讲稿共22页概概念念：电介质在外加电场的作用下，在金属电极与电介质之间的界面上积聚了与施加在该电极上的电压极性相反的电荷，这些电荷称为异极性空间电荷特特点点：异极性空间电荷增强金属电极与介质间的界面场强，结果可导致介质整体击穿电压
7、的降低，如（b）所示。当极性翻转时，可导致击穿电压升高，如（c）所示异极性空间电荷的积累第14页，本讲稿共22页 同极性的空间电荷效应在薄膜中具有特殊性，当介质中空间电荷的量超过某一定值时，虽然同极性的空间电荷对施加电压的电极起到削弱界面场强的作用，但由于大量的空间电荷积聚对另外一方的电极和介质界面的电场分布得到有效的加强，从而导致介质的整体击穿电压的下降薄膜中的空间电荷效应第15页，本讲稿共22页空间电荷在实际中的问题空间电荷在实际中的问题电气电子设备中极性转换对器件的危害电气电子设备中极性转换对器件的危害直流输电中极性转换对电缆的危害直流输电中极性转换对电缆的危害第16页，本讲稿共22页提
8、高电介质击穿电压的方法n改进制造工艺改进制造工艺n改进绝缘设计改进绝缘设计n改善运行条件改善运行条件第17页，本讲稿共22页电介质的其它性能n热性能热性能n机械性能机械性能n吸潮性能吸潮性能n化学性能及抗生物性化学性能及抗生物性第18页，本讲稿共22页耐耐热热性性：指保证电介质可靠安全运行的最高允许温度热热劣劣化化：电介质在稍高的温度下，长时间后发生绝缘性能的不可逆变化 寿寿命命：在一定温度下，电介质不产生热损坏的时间1.热性能第19页，本讲稿共22页电介质的耐热等级电介质的耐热等级介质热老化的程度主要决定于温度及介质经受热作用的时间。为此国际电工委员会按照材料的耐热程度划分耐热等级。如耐热等
9、级。如 Y A E B F H CY A E B F H C 90 90 105 105 120 120 130 130 155 155 180 180 180180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第20页，本讲稿共22页电介质的耐寒性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第21页，本讲稿共22页2.2.机械性能机械性能 脆性、塑性、弹性3.3.吸潮性能吸潮性能 非极性电介质吸湿性低，极性电介质吸湿性较强 4.4.化学性能及抗生物性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、昆虫的性能第22页，本讲稿共22页