4固体、液体和组合绝缘的电气强度ota.pptx

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1、第四章第四章 固体、液体和组合绝缘的电气强度固体、液体和组合绝缘的电气强度2普遍规律普遍规律：任何介质的击穿总是从电气性能最薄：任何介质的击穿总是从电气性能最薄弱的缺陷处发展起来的，所谓的缺陷可以指电场弱的缺陷处发展起来的，所谓的缺陷可以指电场的集中，也可指介质的不均匀性。的集中，也可指介质的不均匀性。击穿特性击穿特性：一般情况下，在气、液、固三种电介质中，固体密度一般情况下，在气、液、固三种电介质中，固体密度最大，耐电强度也最高。最大，耐电强度也最高。耐电强度耐电强度:空气一般在空气一般在 34 kV/mm;液体一般在液体一般在1020 kV/mm;固体一般在十几几百固体一般在十几几百 kV

2、/mm固体电介质的击穿过程最复杂，且击穿后是唯一不可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。恢复的绝缘。4-1 固体介质的击穿固体介质的击穿 33固体介质击穿特性曲线固体介质击穿特性曲线4区区域域A：击击穿穿时时间间小小于于10 s 的的区区域域，此此范范围围内内击击穿穿电电压压随随击击穿穿时时间间的的缩缩短短而而提提高高。类类似似于于气气体体介介质质击击穿穿的的伏伏秒秒特特性。性。区区 域域 B：击击 穿穿 时时 间间 在在10 0.2 s范范围围的的区区域域，此此范范围围内内击击穿穿电电压压恒恒定定，与时间无关。与时间无关。这这两两个个区区域域内内的的击击穿穿都具有电击穿

3、的性质都具有电击穿的性质4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 51 电击电击穿穿固体介固体介质质的的电击电击穿是指穿是指仅仅仅仅由于由于电场电场的作用而的作用而直接使介直接使介质质破坏并破坏并丧丧失失绝缘绝缘性能的性能的现现象，象，电击电击穿穿过过程与气体中相似，程与气体中相似，碰撞碰撞电电离形成离形成电电子崩子崩，固体，固体电电介介质质中存在的少量中存在的少量传导电传导电子，在子，在电场电场加速下与晶格加速下与晶格结结点上的原子碰撞，当点上的原子碰撞，当电电子崩足子崩足够够强强时时破坏介破坏介质质晶格晶格结结构构导导致致击击穿穿。在介在介质质的的电导

4、电导很小，又有良好的散很小，又有良好的散热热条件以及条件以及介介质质内部不存在局部放内部不存在局部放电电的情况下，固体介的情况下，固体介质质的的击击穿通常穿通常为电击为电击穿。穿。6电击电击穿的主要特征：穿的主要特征：击击穿穿电压电压高，高，击击穿穿时间时间短；短；与周与周围环围环境温度无关；境温度无关；除除时间时间很短的情况，与很短的情况，与电压电压作用作用时间时间关系不大；关系不大；介介质发热质发热不不显显著；著；电场电场均匀程度均匀程度对击对击穿有穿有显显著影响；著影响；体体积积效效应应：击击穿穿场场强强数据分散性很大，与材料不数据分散性很大，与材料不均匀性有关。加大均匀性有关。加大试样

5、试样的面的面积积或体或体积积，使材料弱，使材料弱点出点出现现的概率增大，会使的概率增大，会使击击穿穿场场强强降低。降低。7累积效应累积效应:固体介固体介质质在冲在冲击电压击电压多次作用下，其多次作用下，其击击穿穿电压电压有可能低于有可能低于单单次冲次冲击击作用作用时时的的值值。因因为为固体介固体介质为质为非自恢复非自恢复绝缘绝缘，如每次冲，如每次冲击电压击电压下介下介质发质发生部分生部分损伤损伤，则则多次作用下部分多次作用下部分损伤损伤会会扩扩大而大而导导致致击击穿。穿。有累积效应基本无累积效应 有机材料有机材料玻璃、云母等玻璃、云母等无机材料无机材料固体介固体介质质冲冲击电压试验时击电压试验

6、时的累的累积积效效应应82 热击热击穿穿绝缘绝缘介介质质在在电场电场作用下，作用下，会因会因电导电电导电流和介流和介质质极化引起介极化引起介质损质损耗，使介耗，使介质发热质发热。介介质电导质电导率随温度的升高而急率随温度的升高而急剧剧增大，增大，因此介因此介质质的的发热发热因温度的升高而增加。如果介因温度的升高而增加。如果介质质中中产产生的生的热热量量总总是大于散是大于散热热，则则温度不断上升，以致引起温度不断上升，以致引起电电介介质质分解、熔化、分解、熔化、炭化或炭化或烧烧焦，造成材料的焦，造成材料的热热破坏而破坏而导导致致击击穿，穿，这这一一过过程称程称电电介介质质的的热击热击穿穿过过程。

7、程。T G I TU I tan TU较较小小时时，在，在绝缘绝缘能能够够耐受的温度下达到耐受的温度下达到热热平衡，否平衡，否则则达到达到破坏温度。破坏温度。持持续电压续电压作用下，有足作用下，有足够够的的时间时间到达到达稳态稳态。9介介质发热质发热（曲（曲线线1，2，3）及散）及散热热（曲（曲线线4）与介）与介质质温度的关系温度的关系 U1 U2 U3 发热曲线3与散热曲线有两个交点，即热平衡点Ta和Tc。Ta稳定，Tc不稳定 曲线2与曲线4相切，只有一个热平衡点Tb，但不稳定。U2是临界热击穿电压，Tb则是热击穿的临界温度 根本不存在热平衡点，必然发生热击穿 10热击热击穿的主要特征：穿的

8、主要特征：击击穿穿电压较电压较低，低，击击穿穿时间较长时间较长；击击穿穿电压电压与与环环境温度、周境温度、周围围媒媒质质的散的散热热能力和能力和散散热热条件有关；条件有关；击击穿穿电压电压与与电压电压作用作用时间时间有关；有关；击击穿穿电压电压与与频频率有关：率有关：击击穿穿电压电压与介与介质质本身的耐本身的耐热热能力有关；能力有关；击击穿穿电压电压与介与介质质尺寸有关。尺寸有关。113 电电化学化学击击穿穿 机理：机理：介质劣化的结果介质劣化的结果 局部放电局部放电使介质引起化学离解，形成使介质引起化学离解，形成树树枝状枝状通道，这些树枝状通道，随时间推移不通道，这些树枝状通道，随时间推移不

9、断伸长，使绝缘进一步劣化，最终发展到整断伸长，使绝缘进一步劣化，最终发展到整个电介质击穿。个电介质击穿。特点：特点：击穿由绝缘性能下降引起，比电击穿击穿由绝缘性能下降引起，比电击穿和热击穿电压低，可以在工作电压下发生。和热击穿电压低，可以在工作电压下发生。1212电介质中的树枝老化13局部放电的危害：局部放电的危害：13放电过程产生的活性气体放电过程产生的活性气体O3、NO、NO2等对等对介质的氧化、腐蚀作用介质的氧化、腐蚀作用放电过程有带电粒子撞击介质，引起局部温放电过程有带电粒子撞击介质，引起局部温升，加速介质氧化并升，加速介质氧化并使局部电导和介质损耗增大使局部电导和介质损耗增大使局部电

10、导和介质损耗增大使局部电导和介质损耗增大带电粒子的撞击还可能切断分子结构，导致带电粒子的撞击还可能切断分子结构，导致介质破坏介质破坏 局放对有机介质的影响尤为显著。局放对有机介质的影响尤为显著。141.电压作用时间电压作用时间2.电场均匀程度与介质厚度电场均匀程度与介质厚度3.温度温度4.受潮受潮5.累积效应累积效应4-2 影响固体介影响固体介质击质击穿穿电压电压的因素的因素15tUb。1min击击穿穿电电压压与与长长时时间间的的击击穿穿电电压压差差不不多多。所所以以通通常常用用1min工工频频试试验验电电压压估估计计固固体体介介质质的的热热击击穿穿电压电压。1、电压电压作用作用时间时间浸油浸

11、油电电工工纸纸板的板的击击穿穿电压电压与与电压电压作用作用时间时间的关系的关系16 如果如果电压电压作用作用时间时间很短很短（例如（例如0.1s以下），固以下），固体介体介质质的的击击穿穿往往是往往是电击电击穿穿，击击穿穿电压较电压较高。高。随着随着电压电压作用作用时间时间的增的增长长，击击穿穿电压电压将下降将下降，如果在加如果在加电压电压后后数分数分钟钟到数小到数小时时才引起才引起击击穿穿，则则热击热击穿穿往往起主要作用。往往起主要作用。工工频频交流交流1min耐耐压试验压试验中中试试品被品被击击穿，常常穿，常常是是电电和和热热双重作用的双重作用的结结果果。17 许许多有机多有机绝缘绝缘材料

12、的短材料的短时间电时间电气气强强度很高，度很高，但它但它们们耐局部放耐局部放电电的性能往往很差，以致的性能往往很差，以致长时长时间电间电气气强强度很低度很低，这这一点必一点必须须予以重予以重视视。在那些不可能用油浸等方法来消除局部放在那些不可能用油浸等方法来消除局部放电电的的绝缘结绝缘结构中（例如旋构中（例如旋转电转电机），就必机），就必须须采采用云母等耐局部放用云母等耐局部放电电性能好的无机性能好的无机绝缘绝缘材料。材料。18 电击穿与温度无关，这时的击穿场强很高；电击穿与温度无关，这时的击穿场强很高；环境温度越高、散热越差（厚度），热击穿电压环境温度越高、散热越差（厚度），热击穿电压越低；

13、越低；2、温度、温度工工频电压频电压下下电电瓷的瓷的击击穿穿电压电压与温度的关系与温度的关系临界温度临界温度t0不是该固不是该固体介质固有的物理常体介质固有的物理常数，而是数，而是随固体介质随固体介质的厚度、冷却条件和的厚度、冷却条件和所加电压等因素而变所加电压等因素而变化化。19（3)3)电场均匀程度电场均匀程度均匀电中均匀电中，击穿电压较高，击穿电压较高，而且击穿电压随介质厚度的而且击穿电压随介质厚度的增加呈线性关系上升；增加呈线性关系上升；不均匀电场中不均匀电场中，击穿电压不，击穿电压不随介质厚度的增加呈线性上随介质厚度的增加呈线性上升，可能会出现热击穿，因升，可能会出现热击穿，因此，介

14、质厚度达到一定程度此，介质厚度达到一定程度后，厚度再增加对提高击穿后，厚度再增加对提高击穿电压意义不大。电压意义不大。1920 4、电压电压种种类类直流击穿电压：高于工频交流击穿电压，因为仅直流击穿电压：高于工频交流击穿电压，因为仅有电导损耗有电导损耗工频交流击穿电压：高于高频交流击穿电压，因工频交流击穿电压：高于高频交流击穿电压，因为极化损耗高为极化损耗高冲击击穿电压：高于工频交流击穿电压冲击击穿电压：高于工频交流击穿电压 同一根电缆的直流耐压约为交流耐压的同一根电缆的直流耐压约为交流耐压的3倍。倍。21 固体固体电电介介质质受潮后其受潮后其击击穿穿电压电压的下降程度与材料的下降程度与材料的

15、吸水性有关的吸水性有关。对对不易吸潮不易吸潮的的电电介介质质，受潮后受潮后击击穿穿电压电压下降一半下降一半左右左右，例如聚四氟乙例如聚四氟乙烯烯、聚乙、聚乙烯烯等中性介等中性介质质；对对易吸潮易吸潮的的电电介介质质，受潮后受潮后击击穿穿电压仅为电压仅为干燥干燥时时的几百分之一，的几百分之一，如如纸纸、棉、棉纱纱等等纤维纤维材料材料。注意：注意：高高压电压电气气设备设备的的绝缘绝缘在制造在制造时应时应注意烘干，注意烘干，在运行中要注意防潮在运行中要注意防潮，并定期，并定期检查检查受潮情况。受潮情况。5、受潮、受潮22 在弹性形变范围在弹性形变范围内，其击穿电压变化不大。内，其击穿电压变化不大。当

16、绝缘结构承受较大的机械负荷，当绝缘结构承受较大的机械负荷，使材料出现使材料出现开裂或微观裂缝时，击穿电压将显著下降开裂或微观裂缝时，击穿电压将显著下降。有机固体电介质在长期运行中因热、化学等作有机固体电介质在长期运行中因热、化学等作用而逐渐发脆，遇到较大的机械应力时就可能裂开或用而逐渐发脆，遇到较大的机械应力时就可能裂开或松散，如在这些裂缝中充有污浊物或受潮后，击穿电松散，如在这些裂缝中充有污浊物或受潮后，击穿电压下降更多压下降更多.6、机械、机械负负荷影响荷影响23 固体固体电电介介质质属于非自恢复属于非自恢复绝缘绝缘，在极不均匀，在极不均匀电场电场中，当作用在固体介中，当作用在固体介质质上

17、的上的电压为电压为幅幅值较值较低低或作用或作用时间较时间较短的冲短的冲击电压时击电压时，会使，会使绝缘产绝缘产生一生一定程度的定程度的损伤损伤，那么在多次施加同，那么在多次施加同样电压时样电压时，绝绝缘缘的的损伤损伤会逐步会逐步积积累累，其其击击穿穿电压电压也会降低也会降低。7、累、累积积效效应应注意：注意：在确定电气设备试验电压和试验次数时都在确定电气设备试验电压和试验次数时都需要注意此累积效应，设计中要保证一定的绝缘需要注意此累积效应，设计中要保证一定的绝缘裕度。裕度。1.改进绝缘设计改进绝缘设计：如采取合理的绝缘结构，使各部分绝缘的耐电强如采取合理的绝缘结构，使各部分绝缘的耐电强度能与共

18、所承担的场强有适当的配合；度能与共所承担的场强有适当的配合；改善电极形状及表面光洁度，尽可能使电场分布改善电极形状及表面光洁度，尽可能使电场分布均匀，把边缘效应减到最小；均匀，把边缘效应减到最小；改善电极与绝缘体的接触状态，消除接触处的气改善电极与绝缘体的接触状态，消除接触处的气隙或使接触处的气隙不承受电位差。隙或使接触处的气隙不承受电位差。4-34-3 提高固体击穿电压的方法提高固体击穿电压的方法2.2.改进制造工艺改进制造工艺：尽可能地清除固体电介质中残留的杂质、气泡、水分等，尽可能地清除固体电介质中残留的杂质、气泡、水分等，使固体介质尽可能做得均匀致密。这可以通过精选材料、改使固体介质尽

19、可能做得均匀致密。这可以通过精选材料、改善工艺、真空干燥、加强浸渍等方法来实现。善工艺、真空干燥、加强浸渍等方法来实现。3.3.改善运行条件改善运行条件：如注意防潮，防止尘污和各种有害气体的侵蚀，加强散如注意防潮，防止尘污和各种有害气体的侵蚀，加强散热冷却。热冷却。264-4 绝缘的老化绝缘的老化 电电气气设备设备中的中的绝缘绝缘材料在运行材料在运行过过程中程中，由于受到，由于受到各种因素的各种因素的长长期作用，会期作用，会发发生一系列不可逆的生一系列不可逆的变变化，化，从而从而导导致其致其物理、化学、机械和物理、化学、机械和电电气等性能的劣化气等性能的劣化，这这种不可逆的种不可逆的变变化称化

20、称为绝缘为绝缘的老化的老化。促使促使绝缘绝缘老化的因素：老化的因素：（1）物理因素：）物理因素：电电、热热、光、机械力等；、光、机械力等；（2）化学因素：氧气、臭氧、）化学因素：氧气、臭氧、盐雾盐雾、酸、碱、潮湿等；、酸、碱、潮湿等；（3）生物因素：微生物、霉菌等。）生物因素：微生物、霉菌等。27 也称大气老化，包括光氧老化、臭氧老化、也称大气老化，包括光氧老化、臭氧老化、盐盐雾雾酸碱等酸碱等污污染性化学老化。染性化学老化。对对有机有机绝缘绝缘物，物，环环境老境老化尤化尤为显为显著。著。太阳光到达地面太阳光到达地面时时，紫外光，紫外光辐辐射仍很射仍很强强烈。若烈。若有机有机绝缘绝缘物吸收的紫外

21、物吸收的紫外线线能量大于其化学能量大于其化学键键的的电电离离能，能，则键则键断裂，造成老化断裂，造成老化。当存在氧气或臭氧。当存在氧气或臭氧时时，还还会引会引发发高分子的氧化降解反高分子的氧化降解反应应，称，称为为光氧化反光氧化反应应。1、环境老化、环境老化28 在高在高压电压电气装置的某些部分，常存在不同程度气装置的某些部分，常存在不同程度的的电晕电晕或局部放或局部放电电，此，此处处的臭氧含量的臭氧含量较较高。高。臭氧与臭氧与某些有机某些有机绝缘绝缘物相互作用，可生成氧化物或物相互作用，可生成氧化物或过过氧化氧化物，物，导导致主致主键键断裂，造成老化断裂，造成老化。含有酸、碱、含有酸、碱、盐

22、类盐类成分的成分的污秽尘污秽尘埃与雨、露、埃与雨、露、雪、霜雪、霜结结合合对绝缘对绝缘物有腐物有腐蚀蚀作用。作用。延延缓环缓环境老化的方法境老化的方法：改善：改善绝缘绝缘材料本身的性材料本身的性能。如在材料中加光能。如在材料中加光稳稳定定剂剂（反射或吸收紫外（反射或吸收紫外线线）、）、抗氧化抗氧化剂剂以及使用防以及使用防护护腊等。此外腊等。此外应应注意加注意加强强高高压压电电气气设备设备的防的防晕晕、防局部放、防局部放电电的措施。的措施。29 电电介介质质在在电场电场的的长长期作用下，其物理、化学性能期作用下，其物理、化学性能发发生劣化，生劣化，导导致其耐致其耐电电强强度降低的度降低的现现象，

23、称象，称为电为电老化。老化。介介质电质电老化的主要原因是介老化的主要原因是介质质中的中的局部放局部放电电。2、电老化、电老化局部放局部放电电引起固体介引起固体介质质腐腐蚀蚀、老化、老化、损损坏的原因有：坏的原因有：局部局部电场电场畸畸变变。使局部介。使局部介质质承受承受过过高的高的电压电压；带电质带电质点撞点撞击击气泡壁，造成气泡壁，造成绝缘绝缘物分解；物分解；化学腐化学腐蚀蚀。气隙。气隙电电离离产产生生O3、NO、NO2等气体，等气体，遇水会遇水会产产生硝酸或生硝酸或亚亚硝酸，硝酸，对绝缘对绝缘材料和金属有材料和金属有氧化和腐氧化和腐蚀蚀作用；作用；30 在局部放在局部放电电区，区，产产生高

24、能生高能辐辐射射线线，引起材料分解；，引起材料分解；局部温度升高。造成局部温度升高。造成热热裂解，气隙膨裂解，气隙膨胀胀而使固体而使固体绝绝缘缘开裂、分开裂、分层层、脱壳，且使、脱壳，且使该该部分部分绝缘绝缘的的电导电导和和介介质损质损耗增加。耗增加。直流直流电压电压下的局部放下的局部放电电较较交流交流电压电压下的弱下的弱31交流交流电压电压下：每半周至少下：每半周至少发发生两次局部放生两次局部放电电。直直流流电电压压下下：当当气气隙隙中中的的场场强强大大于于放放电电起起始始场场强强时时，虽虽然然也也发发生生局局部部放放电电，但但由由此此生生成成的的正正、负负离离子子在在电电场场作作用用下下运

25、运动动到到气气隙隙壁壁上上形形成成与与外外施施电电场场相相反反的的空空间间电电荷荷电电场场。空空间间电电荷荷电电场场使使气气隙隙中中的的合合成成场场强强下下降降，放放电电可可能能熄熄灭灭。待待气气隙隙中中的的离离子子经经过过气气隙隙表表面面的的电电导导互互相相中中和和后后，气气隙隙中中的的场场强强又又提提高高到到放放电电起起始始场场强强，才才发发生生第第二二次次放放电电。由由于于气气隙隙表表面面漏漏导导很很小小，离离子子的的中中和和需需要要较较长长时时间间（常常以以秒秒计计），因因此此直直流流电电压压作作用用下下局局部部放放电电的危害的危害较较交流交流时时小。小。32 各种各种绝缘绝缘材料耐局

26、部放材料耐局部放电电的性能有很大差的性能有很大差别别：云母、玻璃云母、玻璃纤维纤维等无机材料有很好的耐局部放等无机材料有很好的耐局部放电电能能力。旋力。旋转电转电机采用云母、机采用云母、树树脂作脂作为绝缘为绝缘材料；材料；有机高分子聚合物等有机高分子聚合物等绝缘绝缘材料的耐局部放材料的耐局部放电电的性能的性能比比较较差。差。由于各种上述原因，由于各种上述原因，许许多高多高压电压电气气设备设备都将其局都将其局部放部放电电水平作水平作为检验为检验其其绝缘质绝缘质量的重要指量的重要指标标之一。之一。33 3、热老化、热老化在在较较高温度的高温度的长长期作用下，期作用下，绝缘绝缘性能也会性能也会发发生

27、不生不可逆的劣化，可逆的劣化，这这就是就是电电介介质质的的热热老化。老化。温度越高，温度越高，绝缘绝缘老化越快，寿命越短。老化越快，寿命越短。介介质质的的热热老化老化过过程：程：固体介固体介质质的的热热老化老化过过程程受受热热带电带电粒子粒子热热运运动动加加剧剧载载流子增多流子增多电导电导和极和极化化损损耗增大耗增大介介质质温度升高温度升高加速老化加速老化液体介液体介质质的的热热老化老化过过程程油温升高油温升高氧化加速氧化加速油裂解油裂解分解出多种能溶与油分解出多种能溶与油的微量气体的微量气体绝缘绝缘破坏破坏34 热热老化的象征：老化的象征：大多表大多表现为现为介介质质失去失去弹弹性、性、变变

28、脆、脆、发发生生龟龟裂，机裂，机械械强强度降低，也有些介度降低，也有些介质质表表现为变软现为变软、发发黏、失去定黏、失去定形、液体酸价升高。同形、液体酸价升高。同时时介介质质的的电电气性能气性能变变坏。坏。35 热热老化的程度主要决定于老化的程度主要决定于温度温度及及热热作用的作用的时间时间。为为使使绝缘绝缘材料有一个材料有一个经济经济合理的工作寿命，合理的工作寿命，应应找找出与之相出与之相应应的最高允的最高允许许工作温度。工作温度。所所谓谓最高允最高允许许工作温度，指工作温度，指绝缘绝缘即使持即使持续续地在此地在此温度下工作，仍有一定的、温度下工作，仍有一定的、经济经济合理的工作寿命。合理的

29、工作寿命。最高允最高允许许工作温度工作温度须经综须经综合合经济经济技技术术比比较较后才能后才能大致确定。大致确定。IEC将各种将各种电电工工绝缘绝缘材料按其耐材料按其耐热热程度划程度划分等分等级级，并确定各等，并确定各等级绝缘级绝缘材料的最高允材料的最高允许许工作温度，工作温度，即：即：O(Y)级级90、A级级105、E级级120、B级级130、F级级155、H级级180、C级级180。36 绝缘绝缘材料的使用温度超材料的使用温度超过规过规定温度，定温度，则则劣化加速。劣化加速。热热老化老化8规则规则：对对A级绝缘级绝缘介介质质，如果使用温度超，如果使用温度超过规过规定定值值8时时，寿命，寿命

30、约缩约缩短一半。短一半。相相应应的的对对B级绝缘级绝缘和和H级绝缘则级绝缘则分分别为别为10和和12。37 固体介固体介质质在各种机械力的作用下会在各种机械力的作用下会产产生裂生裂缝缝并逐并逐渐扩渐扩大，从而大，从而导导致介致介质质的的绝缘绝缘性能下降。性能下降。若裂若裂缝缝中中发发生局部放生局部放电电，介，介质损质损坏速度加快。坏速度加快。对对于于绝缘绝缘子来子来说说，温度的突，温度的突变变也会也会产产生内部生内部应应力。力。对对于于电电机机绝缘绝缘来来说说，机械力的作用，机械力的作用对绝缘对绝缘老化也老化也有很大的影响。有很大的影响。4、机械老化、机械老化38 电电气气设备设备的使用寿命一

31、般取决其的使用寿命一般取决其绝缘绝缘的寿命，后的寿命，后者与老化者与老化过过程密切相关。程密切相关。绝缘绝缘老化的原因主要有老化的原因主要有热热、电电和机械力的作用，和机械力的作用，此外此外还还有水分、氧化、各种射有水分、氧化、各种射线线、微生物等因素、微生物等因素的作用。的作用。各种原因同各种原因同时时存在、彼此影响、互相加存在、彼此影响、互相加强强，加速，加速老化老化过过程。程。绝缘老化小结绝缘老化小结394-5 液体介质的击穿液体介质的击穿 耐电强度：耐电强度：比气体高，且具有绝缘、散热冷却比气体高，且具有绝缘、散热冷却和灭弧作用。和灭弧作用。击穿理论研究现状：击穿理论研究现状：远不及气

32、体介质击穿机理远不及气体介质击穿机理研究，目前尚缺乏完善的击穿理论。研究，目前尚缺乏完善的击穿理论。按击穿机理分类：按击穿机理分类：纯净的和工程用纯净的和工程用(非纯净非纯净)。纯净纯净的液体的液体电电介介质质的的击击穿机理：穿机理：（1）电击电击穿理穿理论论（2）气泡）气泡击击穿理穿理论论工程用的液体工程用的液体电电介介质质的的击击穿机理：穿机理：小小桥击桥击穿理穿理论论4041（1）纯净的液体电介质的击穿机理）纯净的液体电介质的击穿机理电击穿理论：电击穿理论：液体中因强场发射等原因产生的电液体中因强场发射等原因产生的电子在电场中被加速，与液体分子发生碰撞电离。子在电场中被加速，与液体分子发

33、生碰撞电离。因液体介质的密度比气体大得多，电子运动的平因液体介质的密度比气体大得多，电子运动的平均自由行程短，所以其击穿场强比气体高很多。均自由行程短，所以其击穿场强比气体高很多。42气泡击穿理论：气泡击穿理论：认为液体分子由电子碰撞而产认为液体分子由电子碰撞而产生气泡，或在电场作用下因其它原因产生气泡，生气泡，或在电场作用下因其它原因产生气泡，由气泡内的气体放由气泡内的气体放 电而引起液体击穿。电而引起液体击穿。液体中气泡产生的原因：液体中气泡产生的原因：1.阴极的强场发射或热发射的电子电流加热液体介阴极的强场发射或热发射的电子电流加热液体介质，分解出气体；质，分解出气体；2.由电场加速的电

34、子碰撞液体分子，使液体分子解由电场加速的电子碰撞液体分子，使液体分子解离产生气体；离产生气体；3.电极表面吸附的气泡脱离出来；电极表面吸附的气泡脱离出来；4.电极上尖的或不规则的凸起物上的电晕放电引起电极上尖的或不规则的凸起物上的电晕放电引起液体气化液体气化43液体中沿气泡击穿过程：液体中沿气泡击穿过程：交流电压下串联介质中交流电压下串联介质中 的分布与的分布与 成反比成反比气体的击穿场强气体的击穿场强比液体低得多比液体低得多气泡先电离气泡先电离电离产生的带电粒子撞击电离产生的带电粒子撞击液体分子，使之分解出气液体分子，使之分解出气体，扩大气体通道体，扩大气体通道电离的气泡在电场作用电离的气泡

35、在电场作用下容易排列形成连通两下容易排列形成连通两极的气体极的气体“小桥小桥”，击，击穿穿沿沿“小桥小桥”通道发生通道发生气泡温度升高、气泡温度升高、体积膨胀、电离体积膨胀、电离进一步发展进一步发展44（2）工程用的（非纯净）液体电介质的小桥击穿理论）工程用的（非纯净）液体电介质的小桥击穿理论油中杂质：油中杂质：水分、固体绝缘材料（如纸、布）脱水分、固体绝缘材料（如纸、布）脱落纤维、液体本身老化分解。落纤维、液体本身老化分解。小小桥桥形成：形成：液体中的液体中的杂质杂质在在电场电场力的作用下，力的作用下，在在电场电场方向定向，并逐方向定向，并逐渐渐沿沿电电力力线线方向排列成方向排列成 杂质杂质

36、的的“小小桥桥”，由于水和，由于水和纤维纤维的介的介电电常数分常数分别为别为81和和67，比油的介，比油的介电电常数常数1.82.8大得大得 多，从而多，从而这这些些杂质杂质容易极化并在容易极化并在电场电场方向定向排列成小方向定向排列成小桥桥。受潮受潮纤维纤维在在电电极极间间定向示意定向示意图图(a)形成形成“小小桥桥”(b)未形成未形成“小小桥桥”45小桥发热：小桥发热：组成小桥的纤维及水分电导大，从而组成小桥的纤维及水分电导大，从而使泄漏电流增加，并进而使小桥强烈发热。使泄漏电流增加，并进而使小桥强烈发热。小小桥贯桥贯穿：穿：使油和水局部沸使油和水局部沸腾腾汽化，最后沿此汽化，最后沿此“气

37、气桥桥”发发生生击击穿。穿。小小桥击桥击穿的特点：穿的特点：(1)与与热过热过程程紧紧密相密相连连；(2)如果如果间间隙隙较长则难较长则难以形成小以形成小桥桥，但因不，但因不连续连续的的小小桥桥也会畸也会畸变电场变电场，而引起，而引起间间隙隙击击穿穿电压电压降低；降低；(3)小小桥桥的形成和的形成和电电极形状及极形状及电压电压种种类类有关：有关：电场电场极不均匀极不均匀时时，由于尖，由于尖电电极附近极附近发发生局部放生局部放电现电现象象造成油的造成油的扰动扰动，而，而难难以形成小以形成小桥桥；冲；冲击电压击电压下，下，由于作用由于作用时间时间极短，小极短，小桥桥来不及形成。来不及形成。46 工

38、程用变压器油的击穿有如下特点：在均工程用变压器油的击穿有如下特点：在均匀电场中，当工频电压升高到某值时，油中可匀电场中，当工频电压升高到某值时，油中可能出现一个火花放电，但旋即消失，油又恢复能出现一个火花放电，但旋即消失，油又恢复其电气强度；电压再增油中又可能出现火花，其电气强度；电压再增油中又可能出现火花，但可能又旋即消失；这样反复多次，最后才会但可能又旋即消失；这样反复多次，最后才会发生稳定的击穿发生稳定的击穿工程用变压器油的击穿特点：工程用变压器油的击穿特点：472.电压作用时间电压作用时间3.电场均匀度电场均匀度4.温度温度1.油品质的影响：含水量、含纤维量、含气量油品质的影响：含水量

39、、含纤维量、含气量5.压力压力4-6 影响液体介质击穿的因素影响液体介质击穿的因素48绝缘外壳黄铜电极标标准准试试油杯（油杯（图图中尺寸均中尺寸均为为mm）油间隙距离2.5mm 电气强度、电气强度、tg、含水量、含水量等等。通常用标准试油杯测得的工通常用标准试油杯测得的工频击穿电压来衡量其品质的好坏。频击穿电压来衡量其品质的好坏。判断油品质常用指标：判断油品质常用指标：49 对变压对变压器油，其器油，其标标准油杯中的准油杯中的击击穿穿电压为电压为 Ub 25kV40kV;对电对电容器油及容器油及电缆电缆油，其油，其标标准油杯中的准油杯中的击击穿穿电压电压一般一般为为Ub 50kV60kV。在在

40、标标准油杯中准油杯中测测得的油的耐得的油的耐电电强强度度只能作只能作为对为对油油的品的品质质的衡量的衡量标标准，不能用此数准，不能用此数值值直接直接计计算在算在别别的不的不同条件下油同条件下油间间隙的耐受隙的耐受电压电压。50（1）杂质以水分，特别是含水纤维的影响最为严重杂质以水分，特别是含水纤维的影响最为严重 水分水分：水在油中以溶解状或：水在油中以溶解状或悬悬浮状存在。溶解状的水浮状存在。溶解状的水对对油的耐油的耐压压影响不大；影响不大；悬悬浮状的水分易形成小浮状的水分易形成小桥桥，对对击击穿穿电压电压的影响的影响较较大。大。当含水量当含水量0.020.020.030.03时，由于过多的水

41、分将下沉底部，时，由于过多的水分将下沉底部，故故抗电强度基本稳定抗电强度基本稳定51（2）电压电压形式的影响形式的影响油油间间隙的冲隙的冲击击击击穿穿强强度比工度比工频击频击穿穿强强度要高得多：度要高得多：杂质杂质形成小形成小桥桥所需的所需的时间时间，比气体放，比气体放电电所需所需时间长时间长。-1.2/50s波+1.2/50s波 工频电压 稍不均匀稍不均匀电场电场中中变压变压器油的器油的击击穿穿电压电压与与间间距的关系距的关系 52 加压后由于油中加压后由于油中杂质聚集到电极以及杂质聚集到电极以及介质的发热均需要一介质的发热均需要一定的时间。定的时间。一般一般1 12 2分钟分钟后，后，U

42、Ub b不再随不再随t t而变。而变。故工频耐压试验故工频耐压试验t t通常取为通常取为1min1min。533.电场情况的影响电场情况的影响 工工频频或或直直流流电电压压下下：油油的的纯纯净净程程度度较较高高时时，改改善善电电场场的的均均匀匀程程度度能能使使的的击击穿穿电电压压明明显显提提高高；油油中中稍稍有有含含水水、含含杂杂，含含气气等等击击穿穿电电压压就就明明显显下降。下降。在冲击电压下，因小桥来不及形成，电场均匀与在冲击电压下，因小桥来不及形成，电场均匀与否对击穿电压无显著影响。否对击穿电压无显著影响。54（4）温度的影响）温度的影响干燥的油受潮的油标标准油杯中准油杯中变压变压器油工

43、器油工频击频击穿穿电压电压与温度的关系与温度的关系 干燥油的击穿强度与温度没有多大关系 080，Ub提高（水分溶解度增加）温度再升高，Ub下降（水分汽化）；低于0，Ub提高（水滴冻结成冰粒）水当水当T增加时：固增加时：固液液汽汽55(5)压强的影响压强的影响变压器油的工频击穿电压与压强关系变压器油的工频击穿电压与压强关系 油中含有气体油中含有气体4-7 提高液体介质击穿电压的方法提高液体介质击穿电压的方法n提高并保持油的品质提高并保持油的品质 n提高：去杂质、水分、有机酸提高：去杂质、水分、有机酸:(制造时过滤制造时过滤)n 去气体去气体:(制造时真空注油制造时真空注油)n 保持：装置吸附剂过

44、滤器，可使正在运行的油保持：装置吸附剂过滤器，可使正在运行的油 n 不断净化不断净化 n2 覆盖层覆盖层n在金属电极上贴固体绝缘薄层，可阻断杂质小桥；在金属电极上贴固体绝缘薄层，可阻断杂质小桥；n 通通常常油油本本身身品品质质越越差差，电电压压作作用用时时间间越越长长，效效果果越好。越好。57583 绝缘层绝缘层 当覆盖层厚度增大，本身承担一定电压时，成为绝当覆盖层厚度增大，本身承担一定电压时，成为绝缘层。缘层。用在不均匀电场中，被覆在曲率半径较小的电极上用在不均匀电场中，被覆在曲率半径较小的电极上。4 屏障屏障 放在电极间油间隙中的固体绝缘板放在电极间油间隙中的固体绝缘板 作用：割断杂质小桥

45、的形成作用：割断杂质小桥的形成 使另一侧油隙的电场变均匀使另一侧油隙的电场变均匀在极不均匀场中效果明显。在极不均匀场中效果明显。面积应足够大面积应足够大。594-8 组合绝缘的电气强度 对高压电气设备绝缘，除了必须有优异的电气对高压电气设备绝缘，除了必须有优异的电气性能外，还要求有良好的热性能、机械性能及其性能外，还要求有良好的热性能、机械性能及其他物理他物理-化学性能，单一品质电介质往往难以同时化学性能，单一品质电介质往往难以同时满足这些要求，所以满足这些要求，所以实际绝缘一般采用多种电介实际绝缘一般采用多种电介质的组合质的组合。实用的绝缘结构实用的绝缘结构 变压器：变压器：外绝缘（瓷套外绝

46、缘（瓷套+空气）、主绝缘（油空气）、主绝缘（油-屏障式）屏障式）电缆、电容器：电缆、电容器：介质（纸、高分子薄膜）介质（纸、高分子薄膜）+浸渍剂浸渍剂 电机：电机：云母云母+浸渍剂等浸渍剂等 套管：套管：油纸绝缘等油纸绝缘等 普遍存在：油纸绝缘普遍存在：油纸绝缘。60组合绝缘电压分配原则：组合绝缘电压分配原则：各层电介质上所承受的场强和介质的击穿场强各层电介质上所承受的场强和介质的击穿场强成正比。这时，各层介质绝缘利用最充分，整个成正比。这时，各层介质绝缘利用最充分，整个组合绝缘能够承受的场强最高。组合绝缘能够承受的场强最高。直流下：电压与电阻成正比（电导）直流下：电压与电阻成正比（电导）应用

47、：电气强度高、电导率小用在电场最强处；应用：电气强度高、电导率小用在电场最强处；交流和冲击下：电压与电容成反比（介电常数）交流和冲击下：电压与电容成反比（介电常数）应用：电气强度高、介电常数小用在电场最强处。应用：电气强度高、介电常数小用在电场最强处。61一、一、油油-屏障屏障绝缘绝缘和油和油纸绝缘纸绝缘的特点的特点 1、油、油-屏障屏障绝缘绝缘以油以油为为主要主要绝缘绝缘介介质质的的组组合合绝缘绝缘，有很好的冷却作用。，有很好的冷却作用。屏障的作用：改善油屏障的作用：改善油间间隙中的隙中的电场电场分布，阻止分布，阻止杂质杂质小小桥桥的形成。的形成。因固体介因固体介质质的介的介电电常数大于液体

48、介常数大于液体介质质的介的介电电常数，所常数，所以固体介以固体介质质的的总总厚度增大会使油中的厚度增大会使油中的电场电场强强度增大。度增大。优优点：生点：生产产工工艺简单艺简单，散，散热热效果好。效果好。缺点：有起火和爆炸的危缺点：有起火和爆炸的危险险。62 2、油、油纸绝缘纸绝缘以固体以固体为为主要介主要介质质的的组组合合绝缘绝缘，液体介，液体介质质只是用只是用作填充空气隙的浸作填充空气隙的浸渍剂渍剂。油油纸绝缘纸绝缘的的优优点主要是点主要是优优良的良的电电气性能。气性能。耐耐电电强强度度:干干纸纸一般在一般在1013 kV/mm;油一般在油一般在1020 kV/mm;油油纸纸一般在一般在5

49、0120 kV/mm。63 粘浸渍电缆 充油电缆 油油纸绝缘纸绝缘的直流的直流击击穿穿场场强强比交流比交流击击穿穿场场强强高得多高得多因因为为直流直流电压电压作用下油与作用下油与纸纸的的场场强强分配比交流分配比交流时时合理合理 直流直流电压电压下，介下，介质质中中场场强强分配与体分配与体积电积电阻率成正比阻率成正比。油的体。油的体积积电电阻率比阻率比纸纸小，因此油中小，因此油中场场强强比比纸纸中低，即此中低，即此时场时场强强分配是合理分配是合理的。的。交流交流电压电压下，介下，介质质中中场场强强分配与介分配与介电电常数成反比常数成反比。油的介。油的介电电常常数比数比纸纸小，因此油中小，因此油中

50、场场强强比比纸纸中高。由于油的中高。由于油的击击穿穿场场强强比比纸纸的低，的低，因此因此场场强强分配是不合理的。分配是不合理的。直流直流长时间击长时间击穿穿场场强强与交流与交流时时的的值值差差别别更大，原因是直流下更大，原因是直流下介介损损小，有局部放小，有局部放电时对绝缘电时对绝缘的的损伤损伤小。小。644.8.2 多介多介质质系系统统中的中的电场电场 1、介、介质质界面与等位面重合的情况界面与等位面重合的情况 在极在极间绝缘间绝缘距离距离d=d1+d2不不变变的情况下，增大的情况下，增大2 时时使使E2减小，但却使减小，但却使E1增大。增大。在在电场电场比比较较均匀的油均匀的油间间隙中放置