电介质的老化和击穿
两层电介质的击穿原理
两层电介质的击穿原理
两层电介质的击穿原理是指在两个电介质材料之间施加高电压时，当电压达到一定临界值时，电介质失去绝缘性能，电流迅速增加，形成击穿现象。
具体来说，两层电介质的击穿原理可以分为以下几个步骤：
1. 初始电离阶段：当施加电压时，两层电介质之间的电场强度逐渐增加，电场会将电介质中的原子或分子电离成正负电荷。
这些电离产生的自由电子和离子将形成电流，但电介质仍具有良好的绝缘性能。
2. 自由电子增多阶段：随着电场强度的继续增加，电介质中的电离现象逐渐增加，产生的自由电子的数量也随之增加。
自由电子能够在电场中自由移动，导致电介质的电导率增加。
3. 冲击离子产生阶段：当电场强度进一步增加，电离现象会继续增强，产生更多的离子。
这些离子可以与电介质中其他离子相互碰撞，产生冲击离子。
冲击离子的运动具有高的动能，可以撞击和激发电介质中的原子或分子，形成更多的自由电子和离子。
4. 雪崩阶段：当电场强度达到一定临界值时，电介质中的冲击离子和自由电子数量急剧增加，形成电离雪崩效应。
电离雪崩效应导致电流迅速增加，电介质失去了绝缘性能，形成击穿现象。
总结来说，两层电介质的击穿原理是在施加电压的作用下，电介质中的电离现象不断增加，导致电介质失去绝缘性能，电流迅速增加，形成击穿现象。
电解电容烧坏的原因
电解电容烧坏的原因
电解电容烧坏的原因主要有以下几点：
1. 电容过压：如果电容器被连接到超过其额定电压的电路中，会导致电容器内部的电介质击穿，进而烧毁电容。
2. 温度过高：电容器在工作过程中会因为内部有一定的电阻而发热，如果电容器长时间工作在高温环境中，过高的温度会导致电容器内部的电解液蒸发或炭化，使电容器损坏。
3. 频率过高：电解电容器由于结构上的限制，对高频信号的响应能力较差，如果电容器被连接到高频信号的电路中，频率过高会导致电容器内部无法跟随信号的变化，继而导致电容器损坏。
4. 极性错误：电解电容器是极性元件，如果极性接反，即正极连接到负极，负极连接到正极，则会引起极性反向击穿和电解液的破坏。
5. 电容老化：随着时间的推移，电解电容器的电介质会发生老化，导致电容器的容量减小或电容器内部电阻增加，从而影响电容器的性能甚至损坏。
需要注意的是，在实际的电路设计和使用过程中，应根据电容器的特性和工作环境选择合适的型号和状态，以防止电容器烧坏。
液体电介质的击穿特性
/22
3. 电压作用时间
Ubp（kV）（峰值） 冲击系数Kl最小值
700
Φ
600
50
20
50
0
10-6 10 -5 10-4 10-3 10-2 10-1 1 10 1
t（s）
10 9 8
7 6
5 4 3 2 1
10 2
稍不均匀电场中变压器油的伏秒特性曲线
(虚线表示未经研究过的区域)
(虚线表示未经研究的区域)
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4. 电场均匀程度
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
液体电介质击穿电压的分散性和电场的均匀程 度有关 工频击穿电压的分散性在极不均匀电场中不 超过5％，而在均匀电场中可达3040％
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5.压强
Ub(有效值)/kV
d
主要内容
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
（一）液体电介质的击穿理论
液体电介质 ：纯净的液体电介质 工程用液体电介质
击穿机理不同：电击穿理论、气泡击穿理论 小桥击穿理论
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1. 纯净液体电介质的电击穿理论
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
在极不均匀电场中变压器油的击穿过程，先在 尖电极附近开始电离，电离开始阶段以后是流 注发展阶段，流注分级地向另一电极发展，放 电通道出现分枝，最后流注通道贯通整个间隙
与长空气间隙的放电过程很相似
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2. 纯净液体电介质的气泡击穿理论
当外加电场较高时，液体介质内由于各种原因 产生气泡 1）电子电流加热液体，分解出气体； 2）电子碰撞液体分子，使之解离产出气体； 3）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； 4）电极凸起处的电晕引起液体气化。
塑料的电介质强度与击穿强度分析
塑料的电介质强度与击穿强度分析塑料是一种常见的电介质材料，具有良好的绝缘性能，因此被广泛应用于电子设备、电力系统等领域。
在电力传输和储存中，塑料作为电介质的强度和击穿强度是非常重要的参数。
本文将对塑料的电介质强度和击穿强度进行分析，以帮助读者更好地了解塑料在电气应用中的性能及其应用限制。
一、塑料的电介质强度电介质强度是指电介质在电场作用下能承受的最大电压。
对于塑料材料而言，电介质强度取决于其结构、成分和制备过程等因素。
一般来说，塑料的电介质强度与以下几个方面密切相关：1. 化学结构塑料材料的化学结构决定了其分子间的键合强度和稳定性。
对于线性结构的塑料，由于分子链的延展性，其电介质强度较低。
而在环状或交联结构的塑料中，分子链的排列更加有序，电介质强度更高。
2. 分子量分子量是影响电介质强度的重要因素之一。
一般来说，具有较高分子量的塑料具有更高的电介质强度。
这是因为高分子量的塑料具有更长的分子链，分子排列更加紧密，能够有效抵抗电场的作用。
3. 含水率塑料中的水分会对其电介质强度产生影响。
过高的含水率会导致塑料发生水解反应，降低电介质强度。
因此，在应用中需要控制塑料的含水率，以确保其电介质强度的稳定性。
二、塑料的击穿强度塑料的击穿强度是指在电场作用下，电介质发生击穿的最小电场强度。
塑料的击穿强度与其电介质强度有关，同时还受到以下几个因素的影响：1. 温度温度是影响塑料击穿强度的重要因素之一。
一般来说，随着温度的升高，塑料的击穿强度会下降。
这是因为高温会使塑料分子运动更加剧烈，导致其分子排列的不稳定性增加，进而降低击穿强度。
2. 空气湿度塑料材料吸湿后会导致击穿电场强度的下降。
水分的存在，使得空气的绝缘性下降，从而降低了塑料的击穿强度。
3. 杂质和缺陷塑料中存在的杂质和缺陷会降低其击穿强度。
杂质和缺陷会导致塑料内部电场集中，从而降低了塑料的击穿电场强度。
因此，在制备和应用过程中，需要控制塑料的纯度，减少杂质和缺陷的存在。
电介质的击穿
✓ 绝缘层：当覆盖层厚度增大，本身承担一定电压时，称为绝缘层。 ✓ 屏障：在油间隙中放置的尺寸较大的(与电极形状相适应)、厚度在
1~3mm的层压纸板或层压布板。
B.对固体电介质
✓ 改进制造工艺：如尽可能地清除固体介质中残留的杂质、气泡、 水分等，使介质尽可能均匀致密。这可以通过精选材料、改善工 艺、真空干燥、加强浸渍(油、胶、漆)等方法来达到。
调节电抗器的电感L或改变试 验电压的频率，达到谐振：
串联谐振回路原理图
L 1 CX
U X QU0
Q为谐振回路的品质因素，一般为20~80。
C.电压的波形
工频电压的波形：正弦波。
波形畸变影响介电强度试验结果：
✓ 高次谐波会降低击穿场强； ✓ 击穿决定于电压的峰值，而测量的电压是有效值，若波形畸变，则
✓ 发生表面闪络； ✓ 边缘电场集中导致试样击穿发生在电极的边缘。
消除措施：
✓ 将电极边缘做成圆角； ✓ 将试样和电极浸入相对介电常数（或电导率）大、击穿场
强较高的液体媒质中。
常用液体媒质有变压器油，温度较高时采用硅油。 不能选用相对介电常数或电导率太大的媒质，以免 造成测量误差和设备损坏。
如引起媒质本身发热严重、保护电阻上电压降增大、以及试验变压器过载等问题。
聚异丁烯的EB与温度关系
B.湿度的影响
湿度增大，会使击穿场强下降。 （对液体电介质尤为明显，因为水分 的电导和介质损耗较大，会改变电场 分布。）
变压器油的击穿电压与含有 水分的关系
C.气压的影响
巴申定律：
U B f ( pS ) （p为气压，S为电极间距离）
S固定，改变p时：
气体电介质的击穿 液体电介质的击穿 固体电介质的击穿
第5章电介质的击穿气体电介质的击穿液体电介质的击穿固体电介质的击穿¾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∞（即dI/dU=∞）——击穿发生的标志。
¾击穿电压¾击穿场强：电介质的击穿场强是电介质的基本电性能之一，它决定了电介质在电场作用下保持绝缘性能的极限能力。
5.1 气体电介质的击穿¾正常气体中的载流子(离子和电子)在外电场作用下迁移，形成电流电流随电压增加而增加电离产生的载流子来不及复合，全部到达电极气体中出现碰撞电离，载流子浓度增大，电流不再保持恒定而迅速上升载流子数剧增，气体中的电流无限增大(dI/dU→∞)——丧失绝缘性能。
气体击穿（气体放电）：气体由绝缘状态变为良导电状态的过程。
击穿场强：均匀电场中击穿电压与气体间隙距离之比.击穿场强反映了气体耐受电场作用的能力，即气体的电气强度。
平均击穿场强：不均匀电场中击穿电压与间隙距离之比称¾气体发生击穿时除电流剧增外，通常还伴随有发光及发热等现象。
5.1.1 均匀电场中气体击穿的理论1.气体击穿的汤逊（Townsend）理论电子崩形成过程(电子倍增过程)（1）电子崩与电流倍增外界电离因子在阴极附近产生了一个初始电子，如果空间电场强度足够大，该电子在向阳极运动时就会引起碰撞电离，产生一个新的电子，初始电子和新电子继续向阳极运动，又会引起新的碰撞电离，产生更多的电子。
α如电离系数为，则从阴极出发的一个电子，行经单位距离后增加为2α个电子。
类似雪崩似地发展，这种急剧增大的空间电子流被称为电子崩。
电子崩模型右图所示，在电子崩发展过程中，崩头最前面集中着电子，其后直到崩尾是正离子。
在强电场中出现电子崩α的过程称为过程。
这样的放电依赖于外界条件的，也称为非自持放电.（2）气体的自持放电实验发现，当气隙不太宽时，放电与电极材料有关，因而导致考虑γ过程的作用，由γ过程和过程一起来决定气隙中的电流。
《电介质物理》课件 电介质的击穿-4
+
+ 1 2 + +
6.8 6.0 5.2
lg U 0 c lg A
lgρ
2T0
1
lgU0c
3.0 2.6 2.2 1.8 400
0e
T0
lg lg 0
T0
+
4.4 3.6 2.8 700
两式比较，lgU0C～1/T0与lgρ～1/T0都是直线 关系，仅两条直线的斜率相差一倍 ，图与理 论相吻合。 常用这一关系作为热击穿的实验判据
2 1 2
2
在环境温度不高时，热击穿临界场强
e
2 T0
10
电力设备电气绝缘国家重点实验室 State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment
2. 稳态热击穿 在外施电压U0作用下，在介质处于稳定状态时 电场强度E＝－（dφ/dx） 代入上式得
Q 1 4
是温度的函数，所以发热量Q1也是温度
的函数，因此对于不同的电压U值，Q1与t 的关系是一簇指数曲线，曲线1、2、3分别 为在电压U1、U2、U3 （U1＞U2＞U3） 作用下，介质发热量与介质导电通道温度的 关系。而散热量Q2与温度差（t－t0）成正比，
tc tm 2 b 3
c a 0 t0 ta tb
2
S d
R
又 t e
0
单位时间散出的热量:
Q 2 t t0 d
散热系数
t ——导电通道在温度t0时的电导率；
0
α——温度系数。
6
电力设备电气绝缘国家重点实验室 State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment
高电压技术-名词解释题
高电压技术-名词解释题绝缘配合：综合考虑系统中可能出现的各种过电压、保护装置特性及设备的绝缘特性，确定设备的绝缘水平及其使用，从而使设备绝缘故障率或停电事故率降低到经济上和运行上可以接受的水平。
吸收比:指被试品加压60秒时的绝缘电阻与加压15秒时的绝缘电阻之比。
雷击跳闸率：指每100KM线路每年由雷击引起的跳闸次数。
雷暴日：指某地区一年四季中有雷电放电的天数，一天中只要听到一次及以上雷声就是一个雷暴日。
伏秒特性：对某一冲击电压波形，间隙的击穿电压和击穿时间的关系称为伏秒特性。
气体击穿：气体由绝缘状态变为导电状态的现象称为击穿。
耐雷水平：雷击时线路绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值。
自恢复绝缘:发生击穿后，一旦去掉外加电压，能恢复其绝缘性能的绝缘。
输电线路耐雷水平:雷击时线路绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值。
进线段保护:进线段保护就是在接近变电所1~2km的一段线路上架设避雷线谐振过电压:当系统进行操作或发生故障时，某一回路自振频率与电源频率相等时，将发生谐振现象，导致系统中某些部分(或设备)上出现的过电压。
电气距离:避雷器与各个电气设备之间不可避免地要沿连接线分开一定的距离。
绝缘配合:就是综合考虑电气设备在系统中可能承受的各种作用电压，合理地确定设备必要的绝缘水平，达到在经济上和安全运行上总体效益最高的目的。
自持放电:不需要靠外界电力因数的作用，由放电过程本身就可以不断地供给引起后继电子崩的二次电子。
雷电日和雷电小时:雷电日是该地区1年中有雷电的天数。
雷电小时是该地区1年中有雷电的小时数。
击杆率.雷击杆塔次数与雷击线路总次数之比。
50%冲击放电电压U50% ：放电概率为50%时的冲击放电电压避雷线的保护角指避雷线和外侧导线的连线与避雷线的垂线之间的夹角，用来表示避雷线对导线的保护程度。
保护角愈小，避雷线就愈可靠地保护导线免遭雷击。
接地电阻接地装置对地电位u与通过接地极流入地中电流i的比值称为接地电阻。
液体电介质的击穿
（二）以电子崩发展至一定大小为击穿条件
定义α为液体介质上一个电子沿电场方向 行径单位距离平均发生的碰撞电离次数
类似气体放电 条件的处理
1
e Chv eE
电离几率 电极距离
单位距离 碰撞总数
Chv Eb e ln(d A )
设击穿条件为d A
其他参数一定时 Eb∝1/lnd
二、含气纯净液体电介质的气泡击穿理论
一次碰撞中，液体分子平均吸收的能量为一个振动能 量子hʋ。
当电子在相邻两次碰撞间得到的能量大于hʋ，电子就 能在运动过程中逐渐积累能量，至电子能量大到一定 值时，电子与液体相互作用时便导致碰撞电离。
2.定量分析 设电子电荷为e,电子平均自由程为λ，电场强度为E 则碰撞电离的临界条件为 eEλ=Chʋ 如果把这个条件作为击穿条件，则击穿场强可写为
Chv E e
b
C-大于1的整数
如何确定电子平均自由行程？
以直链型碳氢化合物液体为例
设液体分子浓度为N，分子由各种CH基团组成，Sj代 表第j个基团的碰撞截面，设一个分子主链由m个原子 构成，原子间有效距离为h0，线型分子的有效半径为a， 则一个分子的总碰撞截面为 S=ΣSj=2a(m-1)h0=s0(m-1)
(m-1)h0
2a
2h0 直链型碳氢化合物分子模型
已知电子平均自由程与碰撞截面的关系为
1 SN
液体分子浓度
M -液体分子量 ρ -密度 N0-阿佛伽德罗常数
N N0 M
代入上式，得
M M SN 0 N 0 S 0 (m 1)
从而根据击
穿场强的表达式得 固有振动频 率平均值 Chvi Chvi Eb S 0 (m 1) N 0 A(m 1) e e M M
电介质击穿的例子
电介质击穿的例子电介质是一种具有较高电阻性质的物质，一般情况下不导电。
然而，在特定条件下，电介质也会发生击穿现象，即在电场强度达到一定值时，电介质内部会出现电流的瞬时放电现象。
下面列举了十个常见的电介质击穿的例子。
1. 空气击穿：空气是最常见的电介质之一，当电场强度达到约30 kV/cm时，空气中的分子会离子化并形成电流通路，导致电介质击穿。
这种击穿现象在雷电中尤其常见。
2. 水击穿：水也是一种常见的电介质，当电场强度达到一定值时，水中的离子会发生移动并形成电流通路，导致电介质击穿。
这种现象在高电压设备中可能会发生。
3. 油击穿：油是一种常用的绝缘介质，在高压设备中起着绝缘和散热的作用。
然而，当电场强度超过油的击穿强度时，油会发生击穿现象。
4. 绝缘纸击穿：绝缘纸是一种常用的绝缘材料，用于电力设备的绝缘保护。
然而，在高电压下，绝缘纸也会发生击穿现象，导致设备故障。
5. 绝缘胶击穿：绝缘胶是一种常见的绝缘材料，广泛应用于电线电缆的绝缘保护。
然而，在高电场强度下，绝缘胶也会发生击穿现象。
6. 陶瓷击穿：陶瓷是一种常见的绝缘材料，具有优良的耐高温和耐磨损性能。
然而，在极端条件下，如高温和高电压下，陶瓷也会发生击穿现象。
7. 陶瓷电容器击穿：陶瓷电容器是电子电路中常用的电子元件，具有良好的电介质特性。
然而，在过高的电场强度下，陶瓷电容器也会发生击穿现象。
8. 电缆击穿：电缆是电力传输和通信领域中常用的设备，具有良好的绝缘性能。
然而，在极端条件下，如高温和高电压下，电缆也会发生击穿现象。
9. 电力变压器击穿：电力变压器是电力系统中常用的设备，用于升降电压。
然而，在过高的电场强度下，电力变压器也会发生击穿现象。
10. 玻璃击穿：玻璃是一种常见的绝缘材料，广泛应用于建筑和家居装饰中。
然而，在极端条件下，玻璃也会发生击穿现象。
以上是十个常见的电介质击穿的例子。
电介质的击穿现象会导致设备故障和电击危险，因此在设计和使用电力设备时，需要合理选择和使用绝缘材料，以防止电介质的击穿现象的发生。
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2.1电介质老化及其类型
2.1.1概述
1. 电介质老化的定义
电气设备在制造，运输，安装和运行过程中难免会产生绝缘缺陷，
同时在长期的运行过程中，由于电场，温度，机械力，湿度，周围环境
等因素的长期作用，使电气设备产生绝缘性能不可逆性劣化，结构逐渐
损坏的现象，称为电介质老化。
2. 电介质老化的原因
通常老化的原因大致有电介质中的绝缘缺陷和性能劣化。
电介质的结缘缺陷包括集中缺陷和分布性缺陷。集中缺陷指缺陷集
中在绝缘的某一个或几个部分，如局部受潮、绝缘内部气泡、局部机械
损伤或裂纹等，该类缺陷的发展速度快，具有较大的危险性；分布性缺
陷指因受潮，过热，动力负荷及长时间过电压作用导致电气设备整体绝
缘性能下降，是一种普遍性的缓慢演化的劣化。
电介质在运行过程中会产生特性劣化，其中有些经过处理可以得到
恢复的称为可逆性，不可恢复原有特性的称为不可逆性，不可逆性是导
致绝缘老化的直接原有。
3. 电介质老化的特征量
电介质老化是时间和老化因子（如电，热，机械应力，环境因素
等）的函数，其老化的程度需根据其性能的变化来确定。
电介质老化的特征量指表征绝缘材料劣化的程度。它包括表征绝缘
剩余寿命的直接特征量（如耐电强度，机械强度等）和间接特征量（如
绝缘电阻、介质损耗角正切、漏电电流、局部放电量、油中气体含量、
油中微水含量等）。
随着研究的深入，也提出了一些新的特征量，如第二电流激增点、
直流分量、超高频放电频谱、超声振动特性等。
2.1.2电介质老化的类型
根据老化机理和不同的老化因子，导致电介质老化的主要因素有
电、热、化学、机械力、温度等。
1.电老化
电老化指电气设备绝缘在运行过程中长期受到高电压或高电场强度
的作用而引起的老化，主要来源于局部放电，除此之外电晕放电、电弧
放电、火花放电、电树枝化等都是引起电老化的不同形式。因放电产生
的带电质点直接轰击绝缘材料，使绝缘材料分解，同时在放电点会产生
很高的温度。使绝艳材料发生热裂解或碳化。
2. 热老化
3. 化学老化
4. 机械力老化
5. 温度老化
2.1.3固体电介质的老化
1. 故土电介质的热老化
1） 热降解
2） 氧化降解
3） 交联
2. 固体绝缘材料的电老化
1） 交联聚乙烯电缆的电老化
2） 油浸纸绝缘的电老化
3） 电机绝缘的电老化
2.1.4液体电介质的老化
1. 氧化老化
2. 局部过热老化
3. 局部放电老化