6 固体电介质击穿特性.ppt

高电压技术李卫国李卫国 +60105052，13240310258 2007-3-24第第5 5讲固体电介质的击穿讲固体电介质的击穿李李李李 卫卫卫卫 国国国国 高电压与电磁兼容研究所高电压与电磁兼容研究所 +60105052，13240310258 2007-3-24一、固体电介质的击穿过程一、固体电介质的击穿过程1.1.固固体体电电介介质质击击穿穿特特性性的的划分划分区 域 A：击 穿 时 间 小 于10s 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电工纸板的击穿电压与电压作用时间的关系与电压作用时间的关系 2007-3-24区区域域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区域D：C区以外电工纸板的击穿电压电工纸板的击穿电压与电压作用时间的关系与电压作用时间的关系 电电化化学学击击穿穿、电电老老化化，击击穿穿时时间间在在几几十十个个小小时时以以上上，甚甚至几年至几年 2007-3-24（1 1）电击穿）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：电击穿的特点：时间影响。时间影响。电压作用时间短，击穿电压高；介介质质特特性性。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。电场均匀度。电场的均匀程度影响极大 累累积积效效应应。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。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2.2.固体击穿理论固体击穿理论 2007-3-24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 2）热击穿热击穿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热击穿的理论分析热击穿的理论分析电 压：U1U2U3曲线1,2,3：电介质发热量Q与介质中最高温度tm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t0时，散出的热量Q与介质中最高温度tm的关系 不同外施电压下介质发热散热与介质温度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曲线曲线 1 1：发热永远大于散热，介质温度将不断升高，在电压U1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曲线曲线 2 2：与直线4相切，U2为临界热击穿电压；tk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曲线曲线 3 3：t ta 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ta，称ta为稳定热平衡点t tb 时：情况类似曲线1，最终发生热击穿t=tb 时：发热等于散热，但因扰动使t大于tb，则介质温度上升，回不到tb，直至热击穿。称tb为不稳定热平衡点 ta t 18090 105 120 130 155 180 180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。电电介介质质的的耐耐寒寒性性：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、-402007-3-242.2.机械性能机械性能有脆性、塑性和弹性三种。3.3.吸潮性能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。4.4.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，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四、提高固体电介质击穿电压的方法1.改进制造工艺：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：改进绝缘设计：尽量使电场均匀。3.改进运行条件：改进运行条件：保持良好的通风散热条件。2007-3-24谢谢谢谢!Q&AQ&A2007-3-24