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1、高电压技术高电压技术 第三章 液体和固体介质的电气特性1/90液体电介质的击穿 液体电介质的击穿理论 影响液体电介质击穿电压的因素 提高液体电介质击穿电压的方法高电压技术高电压技术 第三章 液体和固体介质的电气特性2/901液体电介质的击穿理论液体电介质纯净的液体电介质电击穿理论小桥击穿理论气泡击穿理论工程用液体电介质高电压技术高电压技术 第三章 液体和固体介质的电气特性3/901. 纯净液体电介质的电击穿理论（电子碰撞电离理论）u 与气体放电汤逊理论相似在外电场足够强时，电子碰撞液体分子引起电离， 使电子数倍增，形成电子崩。同时正离子在阴极附 近形成空间电荷层增强了阴极附近的电场，使阴极 发
2、射的电子数增多，导致液体介质击穿。u 液体密度比气体密度大得多，电子的平均自由行程 很小，积累能量困难，所以纯净液体的击穿场强比 气体大得多。高电压技术高电压技术 第三章 液体和固体介质的电气特性4/902. 纯净液体电介质的气泡击穿理论液体中出现气泡交流电压下串联介质中电场强度 的分布与介质的r成反比气泡r 最小，将承担高场强，且 电气强度比液体介质低很多气泡先发 生电离气泡电离后温度 上升、体积膨胀 、密度减小 电离进一步发展电离产生的带电粒子撞击 油分子，使它又分解出气 体，导致气体通道扩大许多的气泡在电场中排 列成气体小桥贯穿两极击穿在通道中完成u 击穿过程高电压技术高电压技术 第三章
3、 液体和固体介质的电气特性5/90u 气泡的产生p 电子电流加热液体，分解出气体；p 电子碰撞液体分子，使之解离产出气体；p 静电斥力，电极表面吸附的气泡表面积累电荷， 当静电斥力大于液体表面张力时，气泡体积变大 ；p 电极凸起处的电晕引起液体气化。高电压技术高电压技术 第三章 液体和固体介质的电气特性6/903. 工程液体电解质的击穿（变压器油）u工程液体的特点：含有杂质、纤维等， r很大（变压器油r=2.2）u由于水和纤维的r很大，易沿电场方向发生极化，并排列成杂质小桥。小桥 击穿 理论杂质中电导大泄漏电流增加 ，导致发热水分汽化气泡扩大杂质中r大油中电场强度 增高引起油电离油分解出气体
4、气泡扩大气泡因电 离或发热而 不断扩大， 排列成气体 小桥贯穿两 极，液体最 终在气体通 道中击穿高电压技术高电压技术 第三章 液体和固体介质的电气特性7/90第二节 液体电介质的击穿 2影响液体电介质击穿电压的因素 1. 液体介质本身品质的影响 含水量u 液态水在油中的两种状态：p 以分子状态溶解于油中， 对击穿电压影响不大p 以乳化状态悬浮在油中， 易形成“小桥”使击穿电压 明显下降u 含0.1%的水分，油的击穿电 压降到干燥时的15%30% 图3-16 变压器油的工频击穿电压 和含水量的关系高电压技术高电压技术 第三章 液体和固体介质的电气特性8/90第二节 液体电介质的击穿 含纤维量u
5、 电场作用下，纤维形成“小桥”，使油的击穿电压降低；u 有很强的吸附水分的能力，联合作用使击穿电压降低更为 严重。 含碳量u 碳粒的产生：电弧u 碳粒对油耐电强度作用的两个方面：p 碳粒具有较好的导电性，局部场强增加，击穿电压降 低；p 活性碳粒有很强的吸附水分和气体的能力。高电压技术高电压技术 第三章 液体和固体介质的电气特性9/90第二节 液体电介质的击穿 含气量u 溶解在油中气体影响较小，黏度和耐电强度稍降。u 所溶气体的来源：直接、分解、电解高电压技术高电压技术 第三章 液体和固体介质的电气特性10/90第二节 液体电介质的击穿u 判断变压器油的质量，主要依靠测量其电气强度、 tg 和
6、含水 量。其中最重要的实验项目就是用标准油杯测量油的工频击 穿电压。米u 我国采用的标准油杯极间距离为 2.5mm，电极是直径等于25mm的圆 盘型铜电极，电极的边缘加工成半径 为2.5mm的半圆以减弱边缘效应，保 证了极间电场极板上是均匀的。u 用来灌注高压电力变压器等的变压器 油，其工频击穿电压在2540kv以上u 灌注高压电缆和电容器的用油，其工 频击穿电压在50kV或60kV以上高电压技术高电压技术 第三章 液体和固体介质的电气特性11/90第二节 液体电介质的击穿2. 温度p 干燥的油（曲线1）：随油温升 高，电子碰撞电离过程加剧，击 穿电压下降 p 潮湿的油（曲线2） 温度由0开始
7、 上升：一部分水 分从悬浮状态转为害处较小的溶 解状态，使击穿电压上升； 超过80 后：水开始汽化，产生 气泡，引起击穿电压下降，在60 80间出现最大值3-18高电压技术高电压技术 第三章 液体和固体介质的电气特性12/90第二节 液体电介质的击穿3. 电场均匀度u 油的纯净程度较高时改善电场的均匀程度能使工频或直流电压下的击穿电压明显提高u 油的品质较差时 p 由于杂质的聚集和排列已使电场畸变，改善电场，击穿电 压提高不明显 p 含杂质的油受冲击电压作用，杂质来不及运动、聚集而无 法形成小桥，所以改善电场均匀程度能提高击穿电压高电压技术高电压技术 第三章 液体和固体介质的电气特性13/90
8、第二节 液体电介质的击穿4. 电压作用时间u 加压后短至几个微秒时 p 表现为电击穿（电子碰撞电离 ），击穿电压很高u 电压作用时间为数十到数百微秒 p 无杂质的影响，仍为电击穿， 这时影响油隙击穿电压的主要 因素是电场的均匀程度；u 电压作用时间更长 p 杂质开始聚集，油隙的击穿开 始出现热过程，击穿电压再度 下降，为热击穿。高电压技术高电压技术 第三章 液体和固体介质的电气特性14/90第二节 液体电介质的击穿5. 压力u 不论电场均匀度如何，变压器油的工频击穿电压总是随油压 的增加而增加压力越大油中气泡的电 离电压增高气体在油中的 溶解度增大不易形成小桥，击穿 电压高高电压技术高电压技术
9、 第三章 液体和固体介质的电气特性15/90第二节 液体电介质的击穿3提高液体电介质击穿电压的方法 1. 提高以及保持油的品质u 过滤：除去纤维、水分、有机酸。u 防潮：制造、检修。u 祛气：除去水分和气体。u 防尘2. 覆盖层u 材料： 1mm的固体绝缘薄层。漆膜、胶纸带、漆布带。u 作用机理：阻碍杂质小桥中热击穿的发展。u 适用情况：油品质越差，电场越均匀，电压作用时间越长， 则覆盖层的效果越显著。高电压技术高电压技术 第三章 液体和固体介质的电气特性16/90第二节 液体电介质的击穿 3. 绝缘层u 材料： 厚可达几十毫米的固体绝缘层。u 作用机理：覆在曲率半径较小的电极上，降低这部分空
10、间的 场强。且固体绝缘层的耐电强度较高，不易造成局部放电。u 适用情况：不均匀电场中（变压器高压引线和屏蔽环、充油 套管的导电杆包有绝缘层）。4. 极间障u 材料： 厚度为27mm的固体绝缘板，纸板、胶纸、胶布层 压板。u 作用机理：能机械地阻隔杂质小桥改善电场分布。u 适用情况：不均匀电场中效果显著，较均匀电场中也有效果返回高电压技术高电压技术 第三章 液体和固体介质的电气特性17/90第三节 固体电介质的击穿 固体电介质的击穿理论 影响固体介质击穿电压的主要因素 提高固体介质击穿电压的措施主要内容高电压技术高电压技术 第三章 液体和固体介质的电气特性18/90第三节 固体电介质的击穿 概述
11、概述u 气、固、液三种电介质中，固体密度最大，耐电强度最高p 空气的耐电强度一般在34 kV/mm左右p 液体的耐电强度在1020 kV/mmp 固体的耐电强度在十几至几百kV/mmu 固体电介质的击穿过程最复杂，且击穿后是唯一不可恢复的 绝缘u 普遍规律：介质的击穿总是从电气性能最薄弱的缺陷处发展 起来的，这里的缺陷可指电场的集中，也可指介质的不均匀 性高电压技术高电压技术 第三章 液体和固体介质的电气特性19/90第三节 固体电介质的击穿1固体电介质的击穿理论 1. 电击穿理论u 击穿机理：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
12、结点上的原子碰撞，从而击穿。u 发生情况：在介质的电导很小，又有良好的散热条件以及介 质内部不存在局部放电的情况下，固体介质的击穿通常为电 击穿，击穿场强可达105-106kV/m。高电压技术高电压技术 第三章 液体和固体介质的电气特性20/90第三节 固体电介质的击穿u 电击穿的特点p 时间影响：电压作用时间短，击穿电压高；p 介质特性：若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；p 电场均匀度：电场的均匀程度影响极大； p 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
13、多而下降高电压技术高电压技术 第三章 液体和固体介质的电气特性21/90第三节 固体电介质的击穿2. 热击穿理论固体介质 加电压介质损耗 引起发热介质发热散热不会发生热击穿介质发热散热介质温 度升高介质电阻具有 负温度关系介质电 阻下降流过介质的 电流升高介质进一步 损耗发热介质分 解碳化介质 击穿热量累积高电压技术高电压技术 第三章 液体和固体介质的电气特性22/90第三节 固体电介质的击穿3. 电化学击穿理论（电老化）u 概念：在电场的长时间作用下逐渐使介质的物理、化学性能 发生不可逆的劣化，最终导致击穿，这过程称电化学击穿 击穿机理固体介质在长 期工作电压下介质内部的小气 隙发生局部放电产生带电粒子，撞 击介质表面固体介质劣化绝缘性能下降光、热、电流等作用固体介质击穿高电压技术高电压技术 第三章 液体和固体介质的电气特性23/90第三节 固体电介质的击穿有机绝缘材料的树枝化放电（树老化） 树老化类型电树老化和水树老化 树老化的原因 u 电离性老化介质夹层或介质内 部存在气隙或气泡交变场下气隙的场强邻 近固体介质内的场强 气体的起始电离场强 E2u 在极间距离d=d1+d2 保持不变的情况下，增大屏障厚度d2 ，将 使油中E1 增大。即在油隙中放置多个屏障，反而是不利的。高电压技术高电压技术 第三章 液体和固体介质的电气特性35/90uu结束！结束！
