液体固体击穿

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(3). 偶极子式极化
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其特点
a. 极化所需时间较长,因而与频率有关
b. 极化过程有能量损耗
c. 温度对极化影响很大,温度很高和很低时, 极化均减弱
(4). 夹层式极化
在两层电介质的 界面上发生电荷 的移动和积累, 极化过程缓慢, 并有损耗，其极 化过程缓慢，有 能量损耗
3、讨论介质极化在工程实际中的意义
液体电介质电气强度比气体的高；用液体介质 代替气体介质制造的高压电气设备体积小，节省材 料；液体介质大多可燃，易氧化变质，导致电气性 能变坏。
电气设备对液体介质的要求： 电气性能好，如绝缘强度高、电阻率高、介质 损耗及介电常数小（电容器则要求介电常数高）； 散热及流动性能好，即粘度低、导热好、物理 及化学性质稳定、不易燃、无毒等。
2.1.3.电介 由泄漏电流引起的损耗.交直流下都存在。 (2).极化损耗 由偶极子与夹层极化引起,交流电压下极明显。 (3).游离损耗 指气体间隙的电晕放电以及液固体介质内部气泡中 局部放电所造成的损耗.
2.用介质损耗角的正切tgδ来表示介损的意义
在交流电压作用下,由于存在三种形 式的损耗,需引入一个新的物理量来表征 介损的特性。
1.定义
2.1.1. 电介质的极化
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1.极化定义：电介质中的带电质点在 电场作用下沿电场方向作有限位移。
C0

0A
d
2. 极化的基本形式
(1) 电子式极化 其特点:
a. 极化所需时间极短
b. 极化时没有能量损耗 c.温度对极化影响极小
图a极化前 图 b极化后 视频链接
(2). 离子式极化 其特点: a. 极化过程极短 b. 极化过程无能量损耗 c. 温度对极化有影响,极化随温度升高而增强
图3-12 电介质击穿时的伏安特性
与气体、液体介质相比，固体介质的击穿场 强较高，但固体介质击穿后材料中留下有不能恢 复的痕迹，如烧焦或熔化的通道、裂缝等，即使 去掉外施电压，也不象气体、液体介质那样能自 行恢复绝缘性能。
1.固体电介质的击穿机理
固体电介质的击穿中，常见的有热击穿、电击 穿和不均匀介质局部放电引起击穿等形式。
1)选择电容器中的绝缘材料时，在相同耐电强度的情况 下，要选择εr较大的材料。在其绝缘结构里，希望 其小些
2)
E1 2
E2 1
3)材料的介质损耗与极化形式有关，而介质损耗是影响 绝缘劣化和热击穿的一个重要因素。
4)在绝缘预防性实验中，夹层极化现象可用来判断绝缘 受潮情况
2.1.2 电介质的电导
2.3固体电介质的击穿
当施加于电介质的电场增大到相当强时，电介 质的电导就不服从欧姆定律了，实验表明，电介质 在强电场下的电流密度按指数规律随电场强度增加 而增加，当电场进一步增强到某个临界值时，电介 质的电导突然剧增，电介质便由绝缘状态变为导电 状态，这一跃变现象称为电介质的击穿。
介质发生击穿时，通 过介质的电流剧烈地增加， 通常以介质伏安特性斜率 趋向于∞作为击穿发生的 标志（见图3-12）。发生 击穿时的临界电压称为电 介质的击穿电压，相应的 电场强度称为电介质的击 穿场强。
（3）电化学击穿
固体介质在长期工作电压作用下，由于介质内部 发生局部放电等原因，使绝缘劣化，电气强度逐步 下降并引起击穿的现象称为电化学击穿。局部放电 是介质内部的缺陷（如气隙或气泡）引起的局部性 质的放电。局部放电使介质劣化、损伤、电气强度 下降的主要原因为：
1)产生活性气体对介质氧化、腐蚀 2)温升使局部介质损耗增加； 3)切断分子结构，导致介质破坏。
4、讨论电介质电导的意义
（1)、介质干燥和嘲湿,吸收现象不一样,据此可 判断绝缘性能的好坏.
（2）、多层介质在直流电压作用下面，电压分 布与电导成反比，故设计用于直流的设备要注 意介质的电导。
（3）、设计时应该考虑绝缘的使用环境，特别 是湿度影响。
（4）、并非所有的情况都要求绝缘电阻值高， 有些情况下要设法减小绝缘电阻值。
可引起电离，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，使阴极发射的电子数增多，导致液体 介质击穿。
纯净液体介质的击穿理论与气体放电汤逊理 论中的作用有些相似。但液体密度比气体密度大 得多，电子的平均自由行程很小，必须大大提高 场强才开始碰撞电离。
（2）“小桥”理论
液体电介质有矿物绝缘油、合成绝缘油和植物 油三大类。实际应用中，也常使用混合油，即用两 种或两种以上的绝缘油混合成新的绝缘油，以改善 某些特性，例如耐燃性、析气性、自熄性、局部放 电特性等。
电介质的电气特性，主要表现为它们在电场作
用下的导电性能、介电性能和电气强度，它们分别
以四个主要参数，即电导率 （或绝缘电阻率 ）、
（2）温度
（3）电压作用时间
加压后短至几个微秒时，表现为电击 穿，击穿电压很高
当电压作用时间大于毫秒级时，表现 为热击穿，击穿电压随作用时间增加 而降低
（4）电场均匀程度
电场愈均匀，杂质对击穿电压的影响愈大 分散性也愈大，击穿电压也愈高
3.提高液体电介质击穿电压的措施
（1）过滤 （2）防潮 （3）脱气 （4）覆盖层 （5）绝缘层 （6）屏障
(2). 吸收电流ia
有损极化所对应的电流,即夹层极化和偶极 子极化时的电流,它随时间而衰减。 (3)泄漏电流 绝缘介质中少量离子定向移动所形成的电导 电流,它不随时间而变化。
流过介质的电流i由三个分量
组成：i ic ia ig
3.吸收现象
固体电介质在直流电压作用下,观察到电 路中的电流从大到小随时间衰减,最终稳定于 某一数值,称为“吸收现象”。
变压器油的击穿主要原因,在于杂 质的影响,而杂质是水分、受潮的纤维 和被游离了的气泡等构成，它们在电 场的作用下，在电极间逐渐排列成为 小桥，从而导致击穿。
2. 影响液体电介质击穿 电压的因素
（1）自身品质因素：杂 质的多少（含水量、纤 维量、气量）
通过标准油杯中变压 器油的工频击穿电压 来衡量油的品质
介电常数 、介质损耗角正切 tan 和击穿电场强度
（简称击穿场强）E
来表示。
b
一切电介质在电场作用下都会出现极化、电导 和损耗等电气物理现象。
电介质极化的种类：
1. 电子式极化 2. 离子式极化 3. 偶极子极化 4. 夹层极化
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第二章
液体和固体介质的 电气特性
经推导,介质损耗P为
P U 2Cptg
经推导,介质损耗P为 P UI R UI Cp tg U 2C ptg
因为: (1).P值与试验电压U的高低等因素有关; (2).tgδ是与电压、频率、绝缘尺寸无关的量，
而仅取决于电介质的损耗特性。
(3)tgδ可以用高压电桥等仪器直接测量。
第2章 液体、固体介质的电气特性
液体电介质又称绝缘油，在常温下为液态，在 电气设备中起绝缘、传热、浸渍及填充作用，主 要用在变压器、油断路器、电容器和电缆等电气 设备中。在断路器和电容器中的绝缘油还分别有 灭弧和储能作用。
固体介质广泛用作电气设备的内绝缘，常见 的有绝缘纸、纸板、云母、塑料等，而用于制造 绝缘子的固体介质有电瓷、玻璃、硅橡胶等。
（1）、电击穿
1、固体介质的电击穿是指仅仅由于电场的作用而直 接使介质破坏并丧失绝缘性能的现象。
2、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。
3、电击穿的主要特征： ① 与周围环境温度有关； ② 除时间很短的情况，与电压作用时间关系不大； ③ 介质发热不显著； ④ 电场均匀程度对击穿有显著影响。
(4)受潮
受潮对固体介质击穿电压的影响与材料的 性质有关。对不易吸潮的材料，如聚乙烯、聚 四氟乙烯等中性介质，受潮后击穿电压仅下降 一半左右；容易吸潮的极性介质，如棉纱、纸 等纤维材料，吸潮后的击穿电压可能仅为干燥 时的百分之几或更低，这是因电导率和介质损 耗大大增加的缘故。所以高压绝缘结构在制造 时要注意除去水分，在运行中要注意防潮，并 定期检查受潮情况。
1. 定义
介质在电场作用下,使其内部联系较弱的带电粒 子作有规律的运动形成电流,即泄漏电流.这种 物理现象称为电导.
表征电导过程强弱程度的物理量为电导率γ， 或它的倒数电阻率ρ。
2. 介质中的电流
(1). 电容电流ic
在加压初瞬间介质中的电子式极化和离子式 极化过程所引起的电流,无损耗,存在时间极 短。
(2).电场均匀程度与介质厚度
处于均匀电场中的固体介质，其击穿电压往往 较高，且随介质厚度的增加近似地成线性增大；若 在不均匀电场中，介质厚度增加使电场更不均匀， 于是击穿电压不再随厚度的增加而线性上升。当厚 度增加使散热困难到可能引起热击穿时，增加厚度 的意义就更小了。常用的固体介质一般都含有杂质 和气隙，这时即使处于均匀电场中，介质内部的电 场分布也是不均匀的，最大电场强度集中在气隙处， 使击穿电压下降。如果经过真空干燥、真空浸油或 浸漆处理，则击穿电压可明显提高。
(2).改进绝缘设计:尽可能使电场均匀
(3).改善运行条件:注意防潮、尘污，加强散热 冷却
2.4.绝缘介质的其他特性
1、热性能 2、机械性能 3、吸潮性能 4、生化性能
(5)累积效应
固体介质在不均匀电场中以及在幅值不很 高的过电压、特别是雷电冲击电压下，介质内 部可能出现局部损伤，并留下局部碳化、烧焦 或裂缝等痕迹。多次加电压时，局部损伤会逐
步发展，这称为累积效应。
3.提高击穿电压的措施
(1).改进制造工艺:尽可能清除介质中的杂质, 可以通过精选材料、改善工艺、真空干燥、加 强浸渍等方法。
(3)温度
固体介质在某个温度范围内其击穿性质属 于电击穿，这时的击穿场强很高，且与温度几 乎无关。超过某个温度后将发生热击穿，温度 越高热击穿电压越低；如果其周围媒质的温度 也高，且散热条件又差，热击穿电压更低。因 此，以固体介质作绝缘材料的电气设备，如果 某处局部温度过高，在工作电压下即有热击穿 的危险。不同的固体介质其耐热性能和耐热等 级是不同的，因此它们由电击穿转为热击穿的 临界温度一般也是不同的。