1、 液体介质和固体介质广泛用作电气设备的内绝液体介质和固体介质广泛用作电气设备的内绝缘。应用的最多的液体介质是变压器油以及电容器缘。应用的最多的液体介质是变压器油以及电容器油和电缆油。用作内绝缘的固体介质常见的有绝缘油和电缆油。用作内绝缘的固体介质常见的有绝缘纸、纸板、云母、塑料等纸、纸板、云母、塑料等, 以及用于制造绝缘子的电以及用于制造绝缘子的电瓷、玻璃和硅橡胶等。瓷、玻璃和硅橡胶等。Chapter 4. 液体和固体介质的电气性能液体和固体介质的电气性能内绝缘具有的特点：内绝缘具有的特点：不受外界大气条件变化的影响；不受外界大气条件变化的影响；对包含固体介质的内绝缘，绝缘击穿对包含固体介质的
2、内绝缘，绝缘击穿 是非自恢复的；是非自恢复的； 长时间工作下逐渐老化；长时间工作下逐渐老化；一一. 固体介质击穿的特点固体介质击穿的特点击穿场强一般比气体和液体电介质高得多；击穿场强一般比气体和液体电介质高得多；空气空气30kV/cm，变压器油变压器油120250 kV/cm，云母云母(电击电击穿穿)20003000kV/cm击穿场强与电压作用时间有很大的关系；击穿场强与电压作用时间有很大的关系；绝缘是非自恢复的，一旦发生击穿，其绝缘性能不绝缘是非自恢复的，一旦发生击穿，其绝缘性能不能再自行恢复；能再自行恢复；4.1 固体电介质的击穿固体电介质的击穿短时电压短时电压周期性过电压周期性过电压交流
3、试验电压交流试验电压持续运行电压持续运行电压电击穿电击穿热击穿热击穿电化学击穿电化学击穿10-610-31031106Ebt/s 二二. 击穿理论击穿理论1.电击穿：电击穿：在强电场下电介质内部电子剧烈运动，在强电场下电介质内部电子剧烈运动，发生碰撞电离，破坏了固体介质的晶格结构，使发生碰撞电离，破坏了固体介质的晶格结构，使电导增大而导致击穿电导增大而导致击穿。特点：特点：电压作用时间短、击穿电压高，电介质发热不电压作用时间短、击穿电压高，电介质发热不显著；击穿场强与电场均匀程度密切相关，而与显著；击穿场强与电场均匀程度密切相关，而与周围环境温度无关周围环境温度无关。2. 热击穿：热击穿：由于
4、固体介质内部热不稳定性造成由于固体介质内部热不稳定性造成。特点：特点：热击穿电压随环境温度的升高而下降，热击穿电压随环境温度的升高而下降，热击穿电压直接与散热条件有关热击穿电压直接与散热条件有关电压作用下电压作用下引起介质损耗，引起介质损耗，使介质发热使介质发热发热大于散发热大于散热时，介质温热时，介质温度不断升高度不断升高介质分解、介质分解、熔化、碳化熔化、碳化或烧焦或烧焦热击穿热击穿3. 电化学击穿：电化学击穿：固体介质在长期工作电压下，由于介固体介质在长期工作电压下，由于介质内部发生局部放电等原因，使绝缘劣化，电气质内部发生局部放电等原因，使绝缘劣化，电气强度逐渐下降并引起的击穿。强度逐
5、渐下降并引起的击穿。局部放电使电介质劣化损伤的机理：局部放电使电介质劣化损伤的机理：放电过程产生活性气体放电过程产生活性气体O3、NO、NO2等对介质产生氧化和等对介质产生氧化和腐蚀作用，使介质逐渐劣化；腐蚀作用，使介质逐渐劣化；放电过程产生的带电粒子撞击介质，引起局部温度上升，放电过程产生的带电粒子撞击介质，引起局部温度上升，加速介质氧化并使局部电导和介质损耗增加；加速介质氧化并使局部电导和介质损耗增加；带电粒子撞击还有可能破坏有机高分子材料结构，使其裂带电粒子撞击还有可能破坏有机高分子材料结构，使其裂解；解；放电产生的高能辐射线引起材料分解；放电产生的高能辐射线引起材料分解；刷状树枝刷状树
6、枝灌木状树枝灌木状树枝聚乙烯中的树枝化放电劣化聚乙烯中的树枝化放电劣化三三. 影响固体电介质击穿电压的因素影响固体电介质击穿电压的因素1. 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 如果电压作用时间很短（例如如果电压作用时间很短（例如 0.1s以下），固体介质的击以下），固体介质的击穿往往是电击穿，击穿电压当然也较高。随着电压作用时间穿往往是电击穿，击穿电压当然也较高。随着电压作用时间的增长，击穿电压下降，如果在加压后数分钟到数小时才引的增长，击穿电压下降，如果在加压后数分钟到数小时才引起击穿，则热击穿往往起主要作用
7、。不过二者有时很难分清起击穿，则热击穿往往起主要作用。不过二者有时很难分清,例如在工频交流例如在工频交流1min耐压试验中的试品被击穿，常常是电和耐压试验中的试品被击穿，常常是电和热双重作用的结果。热双重作用的结果。1. 电压作用时间电压作用时间 处于均匀电场中的固体介质，其击穿电压往往较高，且随处于均匀电场中的固体介质，其击穿电压往往较高，且随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，介质厚度增加将使电场更不均匀，于是击穿电压不再随厚度的增加而线增加将使电场更不均匀，于是击穿电压不再随厚度的增加而线性上升。当厚度增加到使散热困难到可能
8、引起热击穿时，增加性上升。当厚度增加到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。厚度的意义就更小了。2. 电场均匀程度与介质厚度电场均匀程度与介质厚度 常用的固体介质一般都含有杂质和气隙，这时即使处于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、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。真空浸油或浸漆处理，则击穿电压可明显提高。 固体介质在某个温度范围内其击穿性质属于电击穿，
9、这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。超过某个温度将发时的击穿场强很高，且与温度几乎无关。超过某个温度将发生热击穿，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，热击穿电压将更低。不同固体介度也高，且散热条件又差，热击穿电压将更低。不同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。热击穿的临界温度一般也是不同的。3. 温度温度 对不易吸潮的材料，如聚乙烯、聚四氟乙烯、等中性介对不易
10、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，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。因为电导率和介质损耗大大增加的缘故。的百分之几或更低。因为电导率和介质损耗大大增加的缘故。4. 受潮受潮 固体介质在不均匀电场中以及在幅值不是很高的过电压、固体介质在不均匀电场中以及在幅值不是很高的过电压、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
11、裂缝等痕迹。多次加电压时，局部损伤下局部碳化、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。它会导致固体介质击穿电压会逐步发展，这称为累积效应。它会导致固体介质击穿电压的下降。的下降。5. 累积效应累积效应四四. 提高固体电介质击穿电压的措施提高固体电介质击穿电压的措施1. 改进制造工艺改进制造工艺2. 改进绝缘设计改进绝缘设计3. 改善运行条件改善运行条件 清除杂质、水分、气泡；使介质尽可能致密均匀清除杂质、水分、气泡；使介质尽可能致密均匀 注意防潮、防尘；加强散热注意防潮、防尘；加强散热 采用合理的绝缘结构；改进电极形状，使电场尽采用合理的绝缘结构；改进电极形状，使电
12、场尽可能均匀；改善电极与绝缘体的接触状态，消除可能均匀；改善电极与绝缘体的接触状态，消除接触处的气隙接触处的气隙五五. 绝缘老化绝缘老化 电气设备的绝缘在运行过程中受到电、热、化电气设备的绝缘在运行过程中受到电、热、化学和机械力的长期作用，导致其物理、化学、电气学和机械力的长期作用，导致其物理、化学、电气和机械等性能的劣化，称为绝缘的老化。和机械等性能的劣化，称为绝缘的老化。 1. 电老化电老化 (电解电解,局部放电局部放电) 2. 热老化热老化 3. 固体介质的机械应力老化固体介质的机械应力老化 4. 固体介质的环境老化固体介质的环境老化 热老化的热老化的8规则规则一一. 常用的液体介常用的
13、液体介质质二二. 液体电介质的击穿理液体电介质的击穿理论论 目前常用的主要有变压器油、电容器油、目前常用的主要有变压器油、电容器油、电缆油等矿物油电缆油等矿物油 电击穿：电击穿：认为在电场作用下，阴极上由于强场发认为在电场作用下，阴极上由于强场发射或热发射出来的电子产生碰撞电离形成电子崩，射或热发射出来的电子产生碰撞电离形成电子崩，最后导致液体击穿最后导致液体击穿4.2 液体电介质的击穿液体电介质的击穿气泡击穿：气泡击穿：认为液体分子由电子碰撞而产生气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，由气泡，或在电场作用下因其它原因产生气泡，由气泡内的气体放泡内的气体放 电而
14、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
15、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工程用变压器油的击穿机理：（小桥理论）工程用变压器油的击穿机理：（小桥理论）工程用变压器油中含有水分和纤维等杂质，由于它们的工程用变压器油中含有水分和纤维等杂质，由于它们的 很大很大容易沿电场
16、方向极化定向，排列成杂质小桥：容易沿电场方向极化定向，排列成杂质小桥：1. 如果杂质小桥尚未接通电极，则纤维等杂质与油串联，由于如果杂质小桥尚未接通电极，则纤维等杂质与油串联，由于 纤维的纤维的 大以及含水分纤维的电导大，使其端部油中电场强大以及含水分纤维的电导大，使其端部油中电场强 度显著增高并引起电离，于是油分解出气体，气泡扩大，电度显著增高并引起电离，于是油分解出气体，气泡扩大，电 离增强，这样发展下去必然会出现由气体小桥引起的击穿。离增强，这样发展下去必然会出现由气体小桥引起的击穿。2. 如果杂质小桥接通电极，因小桥的电导大而导致泄漏电流增如果杂质小桥接通电极，因小桥的电导大而导致泄漏电流增 大，发热会促使水分汽化，气泡扩大，发展下去也会出现气大，发热会促使水分汽化，气泡扩大，发展下去也会出现气 体小桥，使油隙发生击穿。体小桥，使油隙发生击穿。 工程用变压器油的击穿有如下特点：在均匀电场中，当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，油中可能出现一个火花放电，但旋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，油又恢复其电气强度；电压再增
