液體與固體介質(zhì)的絕緣強度

1、第一篇第一篇 高電壓絕緣與試驗高電壓絕緣與試驗第二章第二章 液體、固體電介質(zhì)的絕緣強度液體、固體電介質(zhì)的絕緣強度電介質(zhì)的概念：電介質(zhì)的概念：物理特性上具有絕緣體無傳導電物理特性上具有絕緣體無傳導電子的結(jié)構(gòu)，一旦施加電場后發(fā)生介質(zhì)子的結(jié)構(gòu)，一旦施加電場后發(fā)生介質(zhì)極化極化的固體、液的固體、液體和氣體總稱為電介質(zhì)體和氣體總稱為電介質(zhì)（dielectrics）電介質(zhì)電介質(zhì)與導體、半導體、磁體等作為材料，在電工電與導體、半導體、磁體等作為材料，在電工電子工程領(lǐng)域中占有子工程領(lǐng)域中占有重要的地位。重要的地位。電介質(zhì)的主要用途電介質(zhì)的主要用途：利用大介電常數(shù)構(gòu)成電容器利用大介電常數(shù)構(gòu)成電容器利用高絕緣阻抗構(gòu)

2、成電工利用高絕緣阻抗構(gòu)成電工絕緣絕緣材料材料（insulating materials）在電場作用下在電場作用下電介質(zhì)電介質(zhì)的電氣特性表現(xiàn)為：的電氣特性表現(xiàn)為： 導電性能導電性能 介電性能介電性能 電氣強度電氣強度表征參數(shù)表征參數(shù)通過本章的學習要通過本章的學習要掌握掌握液體和固體介質(zhì)的極化、電導液體和固體介質(zhì)的極化、電導和損耗；和損耗；掌握掌握液體和固體介質(zhì)的擊穿特性；了解組合液體和固體介質(zhì)的擊穿特性；了解組合絕緣的意義。絕緣的意義。 電導率電導率(絕緣電阻率絕緣電阻率) 相對介電常數(shù)相對介電常數(shù)r介質(zhì)損耗角正切介質(zhì)損耗角正切tg在高電場下的電氣傳導在高電場下的電氣傳導機理、擊穿電壓機理、擊穿

3、電壓導電性能導電性能介電性能介電性能電氣強度電氣強度主要內(nèi)容介質(zhì)在工作介質(zhì)在工作電壓下的表電壓下的表現(xiàn)特性現(xiàn)特性介質(zhì)在極端介質(zhì)在極端電壓（擊穿電壓（擊穿電壓）作用電壓）作用下的表現(xiàn)下的表現(xiàn)1 電介質(zhì)的極化、電導和損耗電介質(zhì)的極化、電導和損耗用平板電容器做實驗，可以用平板電容器做實驗，可以發(fā)現(xiàn)，當極間為真空時：發(fā)現(xiàn)，當極間為真空時：極板間為真空極板間為真空dAUQC000A1.1 介質(zhì)的極化和相對介電常數(shù)介質(zhì)的極化和相對介電常數(shù)dAUQQUQC000000/dAdAQQQCCr r 是反映電介質(zhì)是反映電介質(zhì)極化極化程度的一個程度的一個物理量。物理量。極板間為固體介質(zhì)極板間為固體介質(zhì)相對介電常數(shù)相

4、對介電常數(shù)當極間填充極間距離相同的固體介質(zhì)時：當極間填充極間距離相同的固體介質(zhì)時：r的的物理意義物理意義：在電壓在電壓U作用下，極間放入電介質(zhì)后，極間的作用下，極間放入電介質(zhì)后，極間的電容量電容量(或極板間的電荷或極板間的電荷)比真空時極間的電容量（或極板間的電荷）比真空時極間的電容量（或極板間的電荷）增大的倍數(shù)增大的倍數(shù)電容量增大的原因在于介質(zhì)的極化現(xiàn)象。電容量增大的原因在于介質(zhì)的極化現(xiàn)象。極化的基本概念：極化的基本概念：電介質(zhì)在電場作用下，正、負電荷作微小位移而產(chǎn)電介質(zhì)在電場作用下，正、負電荷作微小位移而產(chǎn)生偶極矩，或在電介質(zhì)表面出現(xiàn)感應(yīng)束縛電荷的現(xiàn)象稱為電介質(zhì)極生偶極矩，或在電介質(zhì)表面出

5、現(xiàn)感應(yīng)束縛電荷的現(xiàn)象稱為電介質(zhì)極化化(1) 電子式位移極化電子式位移極化在外電場的作用下，介質(zhì)原子中的電子軌道將相對于在外電場的作用下，介質(zhì)原子中的電子軌道將相對于原子核發(fā)生彈性位移。正負電荷作用中心不再重合而原子核發(fā)生彈性位移。正負電荷作用中心不再重合而出現(xiàn)感應(yīng)偶極矩出現(xiàn)感應(yīng)偶極矩特點：特點：p極化時間很短；各種頻率下均極化時間很短；各種頻率下均可發(fā)生，極化與外加頻率無關(guān)；可發(fā)生，極化與外加頻率無關(guān)；p具有彈性，無損耗；具有彈性，無損耗；p溫度影響不大。溫度影響不大。1.2 電介質(zhì)極化的類型電介質(zhì)極化的類型不同類型不同類型的介質(zhì)正、負電荷的表現(xiàn)形式不同，因此具有的介質(zhì)正、負電荷的表現(xiàn)形式不同

6、，因此具有不同的極化類型不同的極化類型。特點：特點：p極化時間稍長，極化與頻率無關(guān)；極化時間稍長，極化與頻率無關(guān)；p彈性極化，無損；彈性極化，無損；p極化受溫度影響：極化受溫度影響： T離子結(jié)合力離子結(jié)合力極化極化 （主要）（主要） T密度密度極化極化（次要）（次要） T極化極化 固體固體無機化合物無機化合物大多屬大多屬離子式結(jié)構(gòu)離子式結(jié)構(gòu)，無外電場時，晶體的正、，無外電場時，晶體的正、負離子對稱排列，各個離子對的偶極矩互相抵消，故平均極矩負離子對稱排列，各個離子對的偶極矩互相抵消，故平均極矩為零。在出現(xiàn)外電場后，正、負離子將發(fā)生方向相反的偏移，為零。在出現(xiàn)外電場后，正、負離子將發(fā)生方向相反的

7、偏移，使平均偶極矩不再為零，介質(zhì)呈現(xiàn)極化。使平均偶極矩不再為零，介質(zhì)呈現(xiàn)極化。(2) 離子式位移極化離子式位移極化(3) 偶極子極化偶極子極化 極性電介質(zhì)極性電介質(zhì)中，中， 極性分子極性分子無外電場無外電場作用時，作用時，極性分子極性分子的偶極的偶極子因熱運動而雜亂無序的排列著，宏觀電矩等于零，因而整個子因熱運動而雜亂無序的排列著，宏觀電矩等于零，因而整個介質(zhì)對外并不表現(xiàn)出極性。介質(zhì)對外并不表現(xiàn)出極性。出現(xiàn)外電場出現(xiàn)外電場后，原先排列雜亂的偶后，原先排列雜亂的偶極子將沿電場方向轉(zhuǎn)動，作較有規(guī)則的排列，如圖所示，因而極子將沿電場方向轉(zhuǎn)動，作較有規(guī)則的排列，如圖所示，因而顯示出極性。這種極化稱為偶

8、極子極化或轉(zhuǎn)向極化。顯示出極性。這種極化稱為偶極子極化或轉(zhuǎn)向極化。 特點：特點：p 極化時間較長；極化時間較長；p 非彈性極化；非彈性極化；p 頻率的影響：頻率頻率的影響：頻率偶極子來不及轉(zhuǎn)向偶極子來不及轉(zhuǎn)向極化極化；p 溫度影響：溫度影響：T轉(zhuǎn)向容易轉(zhuǎn)向容易極化極化 T熱運動加劇阻礙轉(zhuǎn)向熱運動加劇阻礙轉(zhuǎn)向極化極化（a）無外電場）無外電場 （b）有外電場）有外電場 合閘瞬間，合閘瞬間，t=時，電時，電壓按電容分配：壓按電容分配：2101212012CUUCCCUUCC(4)夾層介質(zhì)界面極化夾層介質(zhì)界面極化1022010tUCUC122121GGRRUUt合閘后，合閘后，t，到達穩(wěn)到達穩(wěn)定，電壓

9、按電阻分配：定，電壓按電阻分配：11122212RUURRRUURR201021,UUUU121212,()CCRRGG或假設(shè)：假設(shè)：101202UUUU即：外加電壓即：外加電壓U在兩層介質(zhì)上的初始分布不等于穩(wěn)態(tài)分布在兩層介質(zhì)上的初始分布不等于穩(wěn)態(tài)分布1022010tUCUC122121GGRRUUt由由t=到到t有一電壓重新分配的過程，也就是有一電壓重新分配的過程，也就是C1和和C2上電壓重新分配的過程。上電壓重新分配的過程。U2的電壓下降，表明的電壓下降，表明C上的電荷要通過上的電荷要通過R泄放。泄放。U1的電壓上升，表明的電壓上升，表明C1要通過要通過R由電源充電吸收一部分電荷，由電源充

10、電吸收一部分電荷，即即。由于夾層的存在，使得在介質(zhì)分界面上出現(xiàn)吸。由于夾層的存在，使得在介質(zhì)分界面上出現(xiàn)吸收電荷，整個介質(zhì)的等值電容增大，這個過程稱為收電荷，整個介質(zhì)的等值電容增大，這個過程稱為。2U 1U 時間常數(shù)時間常數(shù)夾層界面上電荷的堆積是通過介質(zhì)電導完成的，高壓絕緣介質(zhì)夾層界面上電荷的堆積是通過介質(zhì)電導完成的，高壓絕緣介質(zhì)的的G通常很小，所以極化速度非常緩慢。通常很小，所以極化速度非常緩慢。2121GGCC各種極化類型的比較各種極化類型的比較電子式電子式任何電介質(zhì)任何電介質(zhì)10-15束縛電荷的位移束縛電荷的位移無無離子式離子式離子式結(jié)構(gòu)電離子式結(jié)構(gòu)電介質(zhì)介質(zhì)10-13離子的相對偏移離子

11、的相對偏移幾乎無幾乎無偶極子式偶極子式極性電介質(zhì)極性電介質(zhì)10-1010-2偶極子的定向排列偶極子的定向排列有有夾層介質(zhì)夾層介質(zhì)界面界面多層介質(zhì)多層介質(zhì)交界面交界面10-1數(shù)小時數(shù)小時自由電荷的移動自由電荷的移動有有前三種極化是由帶電質(zhì)點（電荷）的彈性位移或轉(zhuǎn)向形成的，夾層介質(zhì)界前三種極化是由帶電質(zhì)點（電荷）的彈性位移或轉(zhuǎn)向形成的，夾層介質(zhì)界面的極化則是有帶電質(zhì)點的移動形成的。面的極化則是有帶電質(zhì)點的移動形成的。 用于電容器的絕緣材料，顯然希望選用用于電容器的絕緣材料，顯然希望選用r大的電介質(zhì)，因大的電介質(zhì)，因為這樣可使單位電容的體積減小和重量減輕。為這樣可使單位電容的體積減小和重量減輕。 其

12、他電氣設(shè)備中往往希望選用其他電氣設(shè)備中往往希望選用r較小的電介質(zhì)，這是因為較小的電介質(zhì)，這是因為較大的較大的r往往和較大的電導率相聯(lián)系，因而介質(zhì)損耗也較往往和較大的電導率相聯(lián)系，因而介質(zhì)損耗也較大。大。(如酒精如酒精r，水的，水的r，屬于強極性物質(zhì)，屬于強極性物質(zhì)，其電導率也很大，因此，不能用其作為絕緣介質(zhì)其電導率也很大，因此，不能用其作為絕緣介質(zhì)) 在高壓電氣設(shè)備中常常將幾種絕緣材料組合在一起使用，在高壓電氣設(shè)備中常常將幾種絕緣材料組合在一起使用，這時應(yīng)注意各種材料的這時應(yīng)注意各種材料的r值之間的配合，因為在工頻交流值之間的配合，因為在工頻交流電壓和沖擊電壓下，串聯(lián)的多層電介質(zhì)中的電場強度分

13、布電壓和沖擊電壓下，串聯(lián)的多層電介質(zhì)中的電場強度分布與串聯(lián)各層電介質(zhì)的與串聯(lián)各層電介質(zhì)的r成反比。成反比。討論極化在工程實際中的意義討論極化在工程實際中的意義 對于電容器，要求相同體積有較大電容量，對于電容器，要求相同體積有較大電容量， r 對于電纜，為減小電容電流，對于電纜，為減小電容電流， r 在交流及沖擊電壓下，各層電壓分布與其在交流及沖擊電壓下，各層電壓分布與其r成反比，選擇成反比，選擇r使各層介質(zhì)電場分布較均勻。使各層介質(zhì)電場分布較均勻。 掌握不同極化類型對介質(zhì)損耗的影響掌握不同極化類型對介質(zhì)損耗的影響 通過夾層極化現(xiàn)象可以判斷絕緣受潮。在使用電容器等大通過夾層極化現(xiàn)象可以判斷絕緣受

14、潮。在使用電容器等大電容設(shè)備時，須特別注意吸收電荷對人身安全的影響。電容設(shè)備時，須特別注意吸收電荷對人身安全的影響。 電導率電導率表征電介質(zhì)導電性能的主要物理量，其倒表征電介質(zhì)導電性能的主要物理量，其倒數(shù)為電阻率。數(shù)為電阻率。 任何電介質(zhì)都有電導任何電介質(zhì)都有電導 按載流子的不同，電介質(zhì)電導分為按載流子的不同，電介質(zhì)電導分為離子電導離子電導、電子電子電導電導、電泳電導電泳電導1.3 電介質(zhì)的電導電介質(zhì)的電導1、電子電導、電子電導：一般很微弱，因為介質(zhì)中自由電子數(shù)一般很微弱，因為介質(zhì)中自由電子數(shù)極少；如果電子電流較大，則介質(zhì)已被擊穿。極少；如果電子電流較大，則介質(zhì)已被擊穿。2、離子電導：、離子電

15、導： 本征離子電導：極性電介質(zhì)有較大的本征離子電本征離子電導：極性電介質(zhì)有較大的本征離子電導，電阻率導，電阻率10101014 cm. 雜質(zhì)離子電導：在中性和弱極性電介質(zhì)中，主要雜質(zhì)離子電導：在中性和弱極性電介質(zhì)中，主要是雜質(zhì)離子電導，電阻率是雜質(zhì)離子電導，電阻率10171019cm .3、電泳電導：、電泳電導：載流子為帶電的分子團，通常是乳化狀態(tài)的膠載流子為帶電的分子團，通常是乳化狀態(tài)的膠體粒子（例如絕緣油中的懸浮膠粒）或細小水珠，他們吸附體粒子（例如絕緣油中的懸浮膠粒）或細小水珠，他們吸附電荷后變成了帶電粒子。電荷后變成了帶電粒子。 對于對于固體介質(zhì)固體介質(zhì)，由于表面吸附水分和污穢存在，由

16、于表面吸附水分和污穢存在表面電導表面電導。其。其值受外界因素的影響很大。值受外界因素的影響很大。 注意注意：在測量體積電阻率時，應(yīng)盡量排除表面電導的影響，：在測量體積電阻率時，應(yīng)盡量排除表面電導的影響，應(yīng)清除表面污穢、烘干水分。應(yīng)清除表面污穢、烘干水分。 表面電導表面電導電介質(zhì)的泄漏電流和絕緣電阻 ic-充電電流：為無損極化對應(yīng)的純電容電流。 ia-吸收電流：為有損極化對應(yīng)的電流(主要為夾層極化)。 ig-泄漏電流： 為電介質(zhì)中的離子或電子在電場作用下的移動形成的電流。絕緣電阻和吸收比位移電流傳導電流i：是表征單位時間內(nèi)通過介質(zhì)內(nèi)某一截面的電量。傳導電流的組成：泄漏電流和位移電流兩個分量三電極

17、法測量介質(zhì)電流的電路介質(zhì)中的電流gIUR絕緣電阻：絕緣電阻：吸收比：吸收比：由于介質(zhì)存在吸收現(xiàn)象由于介質(zhì)存在吸收現(xiàn)象,在試驗中把加壓在試驗中把加壓60s測量的絕緣電測量的絕緣電阻與加壓阻與加壓15s測量的絕緣電阻的比值稱為吸收比，即：測量的絕緣電阻的比值稱為吸收比，即：6015RKR根據(jù)吸收比的大小可以有效地判斷絕緣的好壞。如，良好、根據(jù)吸收比的大小可以有效地判斷絕緣的好壞。如，良好、干燥的絕緣，吸收電流較大，干燥的絕緣，吸收電流較大，K值較大；受潮或有缺陷的值較大；受潮或有缺陷的絕緣，吸收比較小。絕緣，吸收比較小。絕緣電阻的特點絕緣電阻的特點：(1) 測量介質(zhì)或設(shè)備的測量介質(zhì)或設(shè)備的R時應(yīng)加

18、壓時應(yīng)加壓1分鐘或分鐘或10分鐘（后者是指分鐘（后者是指電容量大的設(shè)備如，電纜、電機等）電容量大的設(shè)備如，電纜、電機等）(2) R具有負的溫度系數(shù)具有負的溫度系數(shù)(3)由于由于R與外加電壓有關(guān)，在臨近擊穿時有顯著的迅速增加與外加電壓有關(guān)，在臨近擊穿時有顯著的迅速增加的自由電子導電現(xiàn)象，的自由電子導電現(xiàn)象， 造成造成R劇烈下降劇烈下降(4)對于固體電介質(zhì)，還必須注意區(qū)分體積電阻對于固體電介質(zhì)，還必須注意區(qū)分體積電阻RV和表面電阻和表面電阻RS，由于受外界影響，由于受外界影響(如受潮、臟污等如受潮、臟污等)很大，不能用很大，不能用RS來來說明絕緣內(nèi)部問題。說明絕緣內(nèi)部問題。工程電介質(zhì)電導的性質(zhì)工程

19、電介質(zhì)電導的性質(zhì)(1)氣體：電子電導氣體：電子電導(2)液體：離子電導、電泳電導液體：離子電導、電泳電導(3)固體：離子電導、電子電導固體：離子電導、電子電導討論電介質(zhì)電導的意義討論電介質(zhì)電導的意義(1)電導是絕緣預(yù)防性試驗的依據(jù)電導是絕緣預(yù)防性試驗的依據(jù)(2)直流電壓作用于分層絕緣時，各層電壓分直流電壓作用于分層絕緣時，各層電壓分布與電阻成正比，選擇合適的電阻率可實布與電阻成正比，選擇合適的電阻率可實現(xiàn)各層間合理分壓現(xiàn)各層間合理分壓(3)注意環(huán)境濕度對固體介質(zhì)表面電阻的影響注意環(huán)境濕度對固體介質(zhì)表面電阻的影響(4)在某些情況下要減小絕緣電阻在某些情況下要減小絕緣電阻介質(zhì)損耗：在電場作用下電介

20、質(zhì)中總有一定的能量損介質(zhì)損耗：在電場作用下電介質(zhì)中總有一定的能量損耗，包括由電導引起的損耗和某些有損極化（例如偶耗，包括由電導引起的損耗和某些有損極化（例如偶極子、夾層極化）引起的損耗，總稱極子、夾層極化）引起的損耗，總稱介質(zhì)損耗介質(zhì)損耗。直流下直流下：電介質(zhì)中沒有周期性的極化過程，只要外加：電介質(zhì)中沒有周期性的極化過程，只要外加電壓還沒有達到引起局部放電的數(shù)值，介質(zhì)中的損耗電壓還沒有達到引起局部放電的數(shù)值，介質(zhì)中的損耗將僅由將僅由電導電導組成，所以可用體積電導率和表面電導率組成，所以可用體積電導率和表面電導率說明問題，不必再引入介質(zhì)損耗這個概念了。說明問題，不必再引入介質(zhì)損耗這個概念了。 1

21、.3 電介質(zhì)的能量損耗電介質(zhì)的能量損耗1.3.1介質(zhì)損耗的基本概念介質(zhì)損耗的基本概念交變電場，電介質(zhì)能量損耗包括：電介質(zhì)能量損耗包括：電導損耗電導損耗 通過電介質(zhì)的貫穿性泄漏電流所引起的能量通過電介質(zhì)的貫穿性泄漏電流所引起的能量損耗。損耗。極化損耗極化損耗 在交流電壓下，由周期性極化所引起的能量在交流電壓下，由周期性極化所引起的能量損耗。損耗。因此，電介質(zhì)在交流電壓作用下，產(chǎn)生的因此，電介質(zhì)在交流電壓作用下，產(chǎn)生的有功功率損有功功率損耗耗，稱為介質(zhì)損耗，它包括，稱為介質(zhì)損耗，它包括電導損耗電導損耗、極化損耗極化損耗。交流時，流過電介質(zhì)的電流：交流時，流過電介質(zhì)的電流：crIII視在功率：介質(zhì)損

22、耗(有功損耗)式中： 電源角頻率； 功率因數(shù)角； 介質(zhì)損耗角。)(crjIIUjQPScrIjUIUtgtg取決于材料的特性，與材料尺寸無關(guān)。取決于材料的特性，與材料尺寸無關(guān)。與外施電壓、電源角頻率、試品幾何電容、介質(zhì)與外施電壓、電源角頻率、試品幾何電容、介質(zhì)損失角正切損失角正切tg有關(guān)；有關(guān)；當外施電壓當外施電壓U一定時，對工頻而言一定時，對工頻而言，一定一定，P僅與僅與Cp和和 tg有關(guān)，對一定結(jié)構(gòu)的試品，有關(guān)，對一定結(jié)構(gòu)的試品，Cp也為定值。因此，也為定值。因此，對同類試品，介質(zhì)的對同類試品，介質(zhì)的有功損耗有功損耗的大小可以直接由的大小可以直接由tg決定。決定。tgCUpp2并聯(lián)電路：并

23、聯(lián)電路：RCCURUIItgppcrp1/tgCURUPpp22rCCIIUUtgssrcrs/2221tgtgCUrIPss21tgCCPPspsp通常，通常， tg1，則有，則有CpCs串聯(lián)電路：串聯(lián)電路：1.3.2 有損介質(zhì)的等值電路有損介質(zhì)的等值電路實際上，電導損耗和極化損耗都同時存在介質(zhì)等值實際上，電導損耗和極化損耗都同時存在介質(zhì)等值電路可用三個并聯(lián)支路表示電路可用三個并聯(lián)支路表示C0：反映電子式和離子式極化：反映電子式和離子式極化Ca、ra：反映吸收電流，表示：反映吸收電流，表示 有損極化有損極化R：反映電導損耗，該支路流過：反映電導損耗，該支路流過 的電流為泄漏電流的電流為泄漏電

24、流C0CaraR電壓、頻率、溫度電壓、頻率、溫度(1) 電壓電壓 當電場強度達到氣體的放電起當電場強度達到氣體的放電起始電壓始電壓U0時，氣體中發(fā)生放電，時，氣體中發(fā)生放電，這時損耗將急劇增大。當固體、這時損耗將急劇增大。當固體、液體介質(zhì)中存在氣泡，施加較液體介質(zhì)中存在氣泡，施加較高電壓（高電壓（UU0），）， tg將增加，將增加，可檢查出介質(zhì)內(nèi)部所存在的缺可檢查出介質(zhì)內(nèi)部所存在的缺陷。（規(guī)程規(guī)定陷。（規(guī)程規(guī)定U=10kV）1.3.3 影響介質(zhì)損耗的因素影響介質(zhì)損耗的因素（2）溫度）溫度液體介質(zhì)損耗主要由液體介質(zhì)損耗主要由電導引起，極性液體電導引起，極性液體介質(zhì)的損耗介質(zhì)的損耗tg與溫度與溫度

25、的關(guān)系如圖所示。的關(guān)系如圖所示。在在低溫低溫時，時，極化損耗和極化損耗和電導損耗都較小，電導損耗都較小， 液液體的粘度體的粘度 ，偶極子轉(zhuǎn)向極，偶極子轉(zhuǎn)向極化化 ，電導損耗，電導損耗 并在并在tt1時達到時達到極極大值大值； t在在t1tt2以后，由于電以后，由于電導損耗隨溫度急劇上導損耗隨溫度急劇上升升 、極化損耗不斷減、極化損耗不斷減小小 而退居次要地位，而退居次要地位，因而就隨溫度因而就隨溫度t的上升的上升而持續(xù)增大而持續(xù)增大 。（3）頻率）頻率tg與溫度的關(guān)系中還給出與溫度的關(guān)系中還給出了頻率了頻率f 對對tg的影響，可的影響，可見：見： f （ f 2f1）tg=f(f）曲線的形狀不

26、變，曲線的形狀不變，但曲線向但曲線向右右移動了一定距移動了一定距離。離。這是這是因為因為頻率增加時，偶極子不易充分轉(zhuǎn)向，為使其充分轉(zhuǎn)向頻率增加時，偶極子不易充分轉(zhuǎn)向，為使其充分轉(zhuǎn)向，必須提高溫度以減小粘度，故，必須提高溫度以減小粘度，故，t- tg曲線向右移動。曲線向右移動。電介質(zhì)的損耗電介質(zhì)的損耗損耗極小損耗極小常用來構(gòu)成標準電容器常用來構(gòu)成標準電容器注意避免放電的發(fā)生注意避免放電的發(fā)生損耗與介質(zhì)的極性有關(guān)損耗與介質(zhì)的極性有關(guān) 非極性或弱極性非極性或弱極性 損耗決定于漏導損耗決定于漏導 損耗小，損耗小，tg約為約為104 代表性介質(zhì)有聚乙烯、聚苯乙烯、硅橡膠、云母等代表性介質(zhì)有聚乙烯、聚苯乙

27、烯、硅橡膠、云母等 極性液體、固體和結(jié)構(gòu)不緊密的離子性固體極性液體、固體和結(jié)構(gòu)不緊密的離子性固體 損耗決定于漏導和極化損失損耗決定于漏導和極化損失 損耗和溫度、頻率等因素有關(guān)，關(guān)系復(fù)雜損耗和溫度、頻率等因素有關(guān)，關(guān)系復(fù)雜討論損耗的意義討論損耗的意義：tg過大會引起絕緣介質(zhì)嚴重發(fā)熱，甚過大會引起絕緣介質(zhì)嚴重發(fā)熱，甚至導致熱擊穿。例如用蓖麻油制造的電容器就因為至導致熱擊穿。例如用蓖麻油制造的電容器就因為tg大，而僅限于直流或脈沖電壓下使用，不能用大，而僅限于直流或脈沖電壓下使用，不能用于交流；于交流；如果絕緣受潮或劣化，如果絕緣受潮或劣化，tg將急劇上升，在預(yù)防試驗中可通過將急劇上升，在預(yù)防試驗中

28、可通過tgU 的關(guān)的關(guān)系曲線來判斷是否發(fā)生局部放電；系曲線來判斷是否發(fā)生局部放電；當當tg大的材料需加熱時，可對材料加大的材料需加熱時，可對材料加交流電壓，利用材料本身介質(zhì)損的發(fā)熱。該方法加交流電壓，利用材料本身介質(zhì)損的發(fā)熱。該方法加熱非常均勻，如電瓷生產(chǎn)中對泥坯加熱即用這種方熱非常均勻，如電瓷生產(chǎn)中對泥坯加熱即用這種方法。法。小小 結(jié)結(jié) 電介質(zhì)的極化電介質(zhì)的極化q電子式極化電子式極化q離子式極化離子式極化q偶極子極化偶極子極化q夾層極化夾層極化 電介質(zhì)的電導：電介質(zhì)的電導： 表征電介質(zhì)導電性能的主要物理量表征電介質(zhì)導電性能的主要物理量 電介質(zhì)的損耗電介質(zhì)的損耗： 在交變電場作用下電介質(zhì)中的能

29、量損耗在交變電場作用下電介質(zhì)中的能量損耗液體和固體介質(zhì)廣泛用作電氣設(shè)備的絕緣，常用的液液體和固體介質(zhì)廣泛用作電氣設(shè)備的絕緣，常用的液體和固體介質(zhì)為：體和固體介質(zhì)為：液體介質(zhì)液體介質(zhì)：變壓器油、電容器油、電纜油變壓器油、電容器油、電纜油 、蓖麻油等、蓖麻油等固體介質(zhì)固體介質(zhì)：絕緣紙、紙板、云母、塑料、電瓷、玻璃、絕緣紙、紙板、云母、塑料、電瓷、玻璃、 硅橡膠等硅橡膠等2 液體電介質(zhì)的擊穿液體電介質(zhì)的擊穿2.1 液體電介質(zhì)的擊穿機理 一旦作用于固體和液體介質(zhì)的電場強度增大到一定程度時，在介質(zhì)中出現(xiàn)的電氣現(xiàn)象就不再限于前面介紹的極化、電導和介質(zhì)損耗了。 與氣體介質(zhì)相似，液體和固體介質(zhì)在強電場(高電壓

30、)的作用下，也會出現(xiàn)由介質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)閷w的擊穿過程。 液體電介質(zhì)種類：液體電介質(zhì)種類：主要指礦物油，如變壓器油、主要指礦物油，如變壓器油、電容器油、電纜油，植物油，如蓖麻油等。電容器油、電纜油，植物油，如蓖麻油等。作用：作用：它們在電氣設(shè)備中起絕緣，冷卻的作用，它們在電氣設(shè)備中起絕緣，冷卻的作用，在開關(guān)電器中還用來滅弧。在開關(guān)電器中還用來滅弧。絕緣性能：絕緣性能：液體介質(zhì)的絕緣性能比空氣好，用變液體介質(zhì)的絕緣性能比空氣好，用變壓器油做為絕緣的電氣設(shè)備的體積可大大縮小。壓器油做為絕緣的電氣設(shè)備的體積可大大縮小。影響因素：影響因素：由于油間隙的擊穿機理很復(fù)雜，它與由于油間隙的擊穿機理很復(fù)雜，它與間隙中

31、的電場分布、油中雜質(zhì)、外加電壓的形式、間隙中的電場分布、油中雜質(zhì)、外加電壓的形式、間隙距離等有著復(fù)雜的關(guān)系。間隙距離等有著復(fù)雜的關(guān)系。工程中往往用工程中往往用來衡量液體介質(zhì)含雜質(zhì)的來衡量液體介質(zhì)含雜質(zhì)的情況。情況。在標準試油器（通常稱油在標準試油器（通常稱油杯）中施加工頻電壓，此杯）中施加工頻電壓，此時油的擊穿電壓稱為時油的擊穿電壓稱為油的油的品質(zhì)品質(zhì)。用。用Q表示。表示。電壓等級電壓等級擊穿電壓擊穿電壓(kV)投運前的油投運前的油運行油運行油特高壓特高壓7060500kV6050330kV504566220kV403535kV及以下及以下3530表表 運行中變壓器油質(zhì)量標準運行中變壓器油質(zhì)量

32、標準2.1.1液體電介質(zhì)的擊穿機理液體電介質(zhì)的擊穿機理電擊穿理論（電子碰撞電離理論）：電擊穿理論（電子碰撞電離理論）：在外電場足夠在外電場足夠強時，強時，液體中因強場發(fā)射等原因產(chǎn)生的電子，液體中因強場發(fā)射等原因產(chǎn)生的電子，電子電子在碰撞液體分子可引起電離，使電子數(shù)倍增，形成在碰撞液體分子可引起電離，使電子數(shù)倍增，形成電子崩電子崩。導致液體介質(zhì)擊穿。導致液體介質(zhì)擊穿。擊穿特點：擊穿特點：和長空氣間隙的放電過程很相似和長空氣間隙的放電過程很相似從擊穿機理的角度，可將液體電介質(zhì)分為兩類：從擊穿機理的角度，可將液體電介質(zhì)分為兩類：純凈液體電介質(zhì)純凈液體電介質(zhì)非純凈液體電介質(zhì)非純凈液體電介質(zhì)(工程用工程

33、用)氣泡擊穿理論（小橋理論）氣泡擊穿理論（小橋理論） 純凈的液體介質(zhì)由于某種原因出現(xiàn)了氣泡，在交純凈的液體介質(zhì)由于某種原因出現(xiàn)了氣泡，在交流電壓下，流電壓下，串聯(lián)介質(zhì)中電場強度的分布與介質(zhì)的串聯(lián)介質(zhì)中電場強度的分布與介質(zhì)的r 成反比成反比。由于氣泡的。由于氣泡的r 最小，其擊穿強度又比液體最小，其擊穿強度又比液體介質(zhì)低很多，所以氣泡必先發(fā)生介質(zhì)低很多，所以氣泡必先發(fā)生電離電離。 氣泡電離后溫度上升、體積膨脹、密度減小，這氣泡電離后溫度上升、體積膨脹、密度減小，這促使電離進一步發(fā)展。電離產(chǎn)生的帶電粒子撞擊油促使電離進一步發(fā)展。電離產(chǎn)生的帶電粒子撞擊油分子，使它又分解出氣體，分子，使它又分解出氣體

34、，導致氣體通道擴大導致氣體通道擴大。許。許多電離的多電離的氣泡在電場中排列成氣體小橋氣泡在電場中排列成氣體小橋，擊穿就可，擊穿就可能在此通道中發(fā)生。能在此通道中發(fā)生。 純凈油的電氣強度：純凈油的電氣強度：相當高，可達相當高，可達8001000kV/cm，但，但提取工藝相當復(fù)雜。提取工藝相當復(fù)雜。 電氣設(shè)備在電氣設(shè)備在制造制造過程中難免混入雜質(zhì)，過程中難免混入雜質(zhì)，運行運行中也會老中也會老化而分解出氣體和聚合物（蠟狀物）。因此，化而分解出氣體和聚合物（蠟狀物）。因此，工程上工程上用的絕緣油總是含有一些用的絕緣油總是含有一些氣體氣體和和雜質(zhì)雜質(zhì)。非純凈液體電介質(zhì)（工程用液體電介質(zhì)）油中的雜質(zhì)：油中

35、的雜質(zhì)：水分、固體絕緣材料（如紙、布）脫水分、固體絕緣材料（如紙、布）脫落纖維、液體本身老化分解。落纖維、液體本身老化分解?！半s質(zhì)小橋雜質(zhì)小橋”的形成：的形成：由于水和纖維的介電常數(shù)分別由于水和纖維的介電常數(shù)分別為為81和和67，比油的介電常數(shù)，比油的介電常數(shù)1.82.8大得多，從而大得多，從而這些雜質(zhì)容易極化并在電場方向定向排列成小橋這些雜質(zhì)容易極化并在電場方向定向排列成小橋-雜質(zhì)的雜質(zhì)的“小橋小橋” 。油中受潮油中受潮水分水分(r=81)紙布脫落紙布脫落纖維纖維(r=67)沿電場極化沿電場極化定向排列定向排列雜質(zhì)雜質(zhì)“小橋小橋”“雜質(zhì)小橋雜質(zhì)小橋”貫通兩電極貫通兩電極“雜質(zhì)小橋雜質(zhì)小橋”未

36、貫通未貫通兩電兩電極極受潮纖維在電極間定向示意圖受潮纖維在電極間定向示意圖(a)如果雜質(zhì)小橋接通電極，因其電導大而導致泄漏如果雜質(zhì)小橋接通電極，因其電導大而導致泄漏電流增大，電流增大，發(fā)熱發(fā)熱會促使汽化；氣泡擴大，發(fā)展下去會促使汽化；氣泡擴大，發(fā)展下去會出現(xiàn)氣體小橋，會出現(xiàn)氣體小橋，氣泡小橋貫穿氣泡小橋貫穿，使油隙發(fā)生擊穿。，使油隙發(fā)生擊穿。“雜質(zhì)小橋雜質(zhì)小橋”貫通兩電極貫通兩電極(b)雜質(zhì)小橋尚雜質(zhì)小橋尚未未接通電極時，則纖維等雜質(zhì)與油串接通電極時，則纖維等雜質(zhì)與油串聯(lián)，由于纖維的聯(lián)，由于纖維的r大以及含水分纖維的電導大，使其大以及含水分纖維的電導大，使其端部油中電場強度顯著增高并引起端部油

37、中電場強度顯著增高并引起電離電離，于是油，于是油分分解出氣體解出氣體，氣泡擴大，電離增強，這樣下去必然會，氣泡擴大，電離增強，這樣下去必然會出現(xiàn)由氣體小橋引起的擊穿。出現(xiàn)由氣體小橋引起的擊穿。“雜質(zhì)小橋雜質(zhì)小橋”未貫通未貫通兩電兩電極極(a)橋貫穿：橋貫穿：G水水、G纖纖大大i油油發(fā)熱發(fā)熱水分汽化氣泡擴大水分汽化氣泡擴大(b)橋未貫穿：橋未貫穿：r纖纖r油油E纖纖小小 U纖纖小小 E油油油電離油電離 Eb氣氣80， t Ub(油中水分汽化增多油中水分汽化增多)干燥的油干燥的油潮濕的油潮濕的油電場均勻度電場均勻度 優(yōu)質(zhì)油：保持油不變，而改善電場均勻度，能使工優(yōu)質(zhì)油：保持油不變，而改善電場均勻度，

38、能使工頻擊穿電壓顯著增大，也能大大提高其沖擊擊穿電頻擊穿電壓顯著增大，也能大大提高其沖擊擊穿電壓。壓。 品質(zhì)差的油：改善電場對于提高其工頻擊穿電壓的品質(zhì)差的油：改善電場對于提高其工頻擊穿電壓的效果較差。效果較差。 在在沖擊電壓沖擊電壓下，由于雜質(zhì)來不及形成小橋，故改善下，由于雜質(zhì)來不及形成小橋，故改善電場總是能顯著提高油隙的沖擊擊穿電壓，而與油電場總是能顯著提高油隙的沖擊擊穿電壓，而與油的品質(zhì)好壞幾乎無關(guān)。的品質(zhì)好壞幾乎無關(guān)。電壓作用時間電壓作用時間油隙的擊穿電壓會隨電油隙的擊穿電壓會隨電壓作用時間的增加而下降，壓作用時間的增加而下降，加電壓時間還會影響油的加電壓時間還會影響油的擊穿性質(zhì)。擊穿

39、性質(zhì)。電壓作用時間為數(shù)十到電壓作用時間為數(shù)十到數(shù)百微秒時，雜質(zhì)的影響數(shù)百微秒時，雜質(zhì)的影響還不能顯示出來，仍為電還不能顯示出來，仍為電擊穿，擊穿電壓很高。擊穿，擊穿電壓很高。這這時影響油隙擊穿電壓的主時影響油隙擊穿電壓的主要因素是電場的均勻程度要因素是電場的均勻程度； 電壓作用時間更長時，雜質(zhì)開始聚集，油隙的擊穿開始出現(xiàn)熱電壓作用時間更長時，雜質(zhì)開始聚集，油隙的擊穿開始出現(xiàn)熱過程，于是擊穿電壓再度下降，為熱擊穿。過程，于是擊穿電壓再度下降，為熱擊穿。 油壓的影響油壓的影響 不論電場均勻度如何，工業(yè)不論電場均勻度如何，工業(yè)純變壓器油的工頻擊穿電壓純變壓器油的工頻擊穿電壓總是隨總是隨油壓油壓的增加

40、而的增加而增加增加，這是因為油中氣泡的電離電這是因為油中氣泡的電離電壓增高和氣體在油中的溶解壓增高和氣體在油中的溶解度增大的緣故。度增大的緣故。 油中含氣體時：壓力油中含氣體時：壓力 Ub油油(氣體在油中溶解量氣體在油中溶解量)油經(jīng)脫氣處理：壓力對油經(jīng)脫氣處理：壓力對Ub油油影響較小影響較小(1) 提高以及保持油的品質(zhì)提高以及保持油的品質(zhì) 過濾、防潮、祛氣、防塵過濾、防潮、祛氣、防塵(2) 改進絕緣結(jié)構(gòu)以減小雜質(zhì)的影響改進絕緣結(jié)構(gòu)以減小雜質(zhì)的影響 機理：阻止雜質(zhì)小橋的形成和發(fā)展機理：阻止雜質(zhì)小橋的形成和發(fā)展2.1.3 提高液體介質(zhì)擊穿的主要措施提高液體介質(zhì)擊穿的主要措施 純凈液體介質(zhì)的擊穿純凈

41、液體介質(zhì)的擊穿氣體小橋理論氣體小橋理論 用擊穿理論來解釋工程用變壓器油擊穿過程用擊穿理論來解釋工程用變壓器油擊穿過程 非純凈液體電介質(zhì)的擊穿機理非純凈液體電介質(zhì)的擊穿機理 影響變壓器油擊穿電壓的因素影響變壓器油擊穿電壓的因素 提高液體電介質(zhì)擊穿電壓的主要措施提高液體電介質(zhì)擊穿電壓的主要措施什么是固體介質(zhì)的擊穿什么是固體介質(zhì)的擊穿?當作用在固體介質(zhì)的電場強度當作用在固體介質(zhì)的電場強度超過某值超過某值時，在該時，在該介質(zhì)介質(zhì)內(nèi)內(nèi)會形成會形成導電通道導電通道，使固體介質(zhì)破壞的現(xiàn)象，使固體介質(zhì)破壞的現(xiàn)象，稱為固體介質(zhì)的擊穿。稱為固體介質(zhì)的擊穿。固體介質(zhì)被擊穿后，會出現(xiàn)裂縫、痕跡或形成漏固體介質(zhì)被擊穿后

42、，會出現(xiàn)裂縫、痕跡或形成漏電通道。電通道。固體介質(zhì)被擊穿后，其絕緣性能不能自行恢復(fù)。固體介質(zhì)被擊穿后，其絕緣性能不能自行恢復(fù)。因而稱因而稱非自恢復(fù)絕緣非自恢復(fù)絕緣。在氣、液、固三種電介質(zhì)中，固體材料密度最大，在氣、液、固三種電介質(zhì)中，固體材料密度最大，耐電強度也最高。通常，耐電強度也最高。通常，p空氣的耐電強度空氣的耐電強度3kV/mm4 kV/mm；p液體的耐電強度液體的耐電強度10kV/mm20 kV/mm；p固體的耐電強度固體的耐電強度幾十幾十kV/mm幾百幾百 kV/mm；固體電介質(zhì)的電氣強度固體電介質(zhì)的電氣強度在電場作用下，固體介質(zhì)可能因以下過程而被擊穿：在電場作用下，固體介質(zhì)可能因

43、以下過程而被擊穿： 電過程（電擊穿）電過程（電擊穿） t0.2 s 電化學過程（電化學擊穿）電化學過程（電化學擊穿） 數(shù)十小時數(shù)十小時3.1 固體電介質(zhì)的擊穿機理固體電介質(zhì)的擊穿機理含義：含義：固體介質(zhì)的電擊穿是指僅僅由于電場的作固體介質(zhì)的電擊穿是指僅僅由于電場的作用而直接使介質(zhì)破壞并喪失絕緣性能的現(xiàn)象。用而直接使介質(zhì)破壞并喪失絕緣性能的現(xiàn)象。條件：條件：在介質(zhì)的電導很小，又有良好的散熱條件在介質(zhì)的電導很小，又有良好的散熱條件以及介質(zhì)內(nèi)部不存在局部放電的情況下，固體介以及介質(zhì)內(nèi)部不存在局部放電的情況下，固體介質(zhì)的擊穿通常為電擊穿。質(zhì)的擊穿通常為電擊穿。電擊穿的主要特征：電擊穿的主要特征： 與周

44、圍環(huán)境溫度有關(guān)；與周圍環(huán)境溫度有關(guān)； 擊穿時間很短（擊穿時間很短（10 s0.2s) ，擊穿電壓與時間，擊穿電壓與時間無關(guān)；無關(guān)； 介質(zhì)發(fā)熱不顯著；介質(zhì)發(fā)熱不顯著； 電場均勻程度對擊穿有顯著影響。電場均勻程度對擊穿有顯著影響。3.1.1 電擊穿理論電擊穿理論 擊穿機理擊穿機理：固體介質(zhì)會因介質(zhì)損耗而發(fā)熱，如果：固體介質(zhì)會因介質(zhì)損耗而發(fā)熱，如果周圍環(huán)境溫度高，散熱條件不好，介質(zhì)溫度將不周圍環(huán)境溫度高，散熱條件不好，介質(zhì)溫度將不斷上升而導致絕緣的破壞，如介質(zhì)分解、熔化、斷上升而導致絕緣的破壞，如介質(zhì)分解、熔化、碳化或燒焦，從而引起熱擊穿。碳化或燒焦，從而引起熱擊穿。由于電導由于電導存在存在損耗損耗

45、發(fā)熱發(fā)熱T(負溫度系數(shù)負溫度系數(shù)) R I損耗發(fā)熱損耗發(fā)熱(Q發(fā)發(fā)Q散散)T介質(zhì)分解、劣化介質(zhì)分解、劣化擊擊穿穿特點特點：擊穿與環(huán)境、電壓作用時間、電源頻率及介：擊穿與環(huán)境、電壓作用時間、電源頻率及介質(zhì)本身有關(guān)。質(zhì)本身有關(guān)。擊穿時間較長，擊穿電壓隨擊穿前時擊穿時間較長，擊穿電壓隨擊穿前時間的增加而明顯下降，擊穿電壓較低。間的增加而明顯下降，擊穿電壓較低。3.1.2 熱擊穿理論熱擊穿理論 概念：概念：固體介質(zhì)在電場長時間作用下（作用電固體介質(zhì)在電場長時間作用下（作用電壓時間長達數(shù)十小時乃至幾年甚至更長）壓時間長達數(shù)十小時乃至幾年甚至更長） ，逐，逐漸使介質(zhì)的物理、化學性能發(fā)生漸使介質(zhì)的物理、化學

46、性能發(fā)生，并引起并引起擊穿擊穿的現(xiàn)象稱為的現(xiàn)象稱為電化電化學擊穿學擊穿。 介質(zhì)內(nèi)部的缺陷（如氣隙或氣泡）引起的介質(zhì)內(nèi)部的缺陷（如氣隙或氣泡）引起的局部局部放電放電是是介質(zhì)劣化介質(zhì)劣化、損傷損傷、的主要的主要原因。原因。電化學3.1.3 電化學擊穿 電離性老化電離性老化：在介質(zhì)夾層或介質(zhì)內(nèi)部存在氣隙或：在介質(zhì)夾層或介質(zhì)內(nèi)部存在氣隙或氣泡，在氣泡，在交流電壓交流電壓作用下產(chǎn)生，作用下產(chǎn)生，氣隙或氣泡內(nèi)氣隙或氣泡內(nèi)放放電，并沿電場方向逐漸向電場深處發(fā)展，放電發(fā)電，并沿電場方向逐漸向電場深處發(fā)展，放電發(fā)展通道會呈樹枝狀展通道會呈樹枝狀-電樹枝老化電樹枝老化 電導性老化電導性老化：在兩極之間的絕緣層中存

47、在：在兩極之間的絕緣層中存在液態(tài)液態(tài)導導電物質(zhì)（如水），在電物質(zhì)（如水），在交流電壓交流電壓作用下產(chǎn)生，作用下產(chǎn)生，液體液體會會沿電場方向定向深入到絕緣層中，形成樹枝狀沿電場方向定向深入到絕緣層中，形成樹枝狀的痕跡，的痕跡，-水樹枝老化水樹枝老化 產(chǎn)生水樹枝的原因是水或其他電解液中的離子在交產(chǎn)生水樹枝的原因是水或其他電解液中的離子在交變電場下反復(fù)沖擊絕緣物，使其產(chǎn)生疲勞損傷和化變電場下反復(fù)沖擊絕緣物，使其產(chǎn)生疲勞損傷和化學分解，電解液便逐漸滲透、擴散到絕緣深處。學分解，電解液便逐漸滲透、擴散到絕緣深處。 電解性老化電解性老化：離子性：離子性無機無機絕緣材料在絕緣材料在直直流流電壓作用下，電介質(zhì)

48、會逐漸老化電壓作用下，電介質(zhì)會逐漸老化-電解電解老化老化 表面漏電起痕與電蝕損表面漏電起痕與電蝕損：有機介質(zhì)表面：有機介質(zhì)表面產(chǎn)生，如污穢放電，放電會使絕緣表面產(chǎn)生，如污穢放電，放電會使絕緣表面過熱、局部炭化、燒蝕，形成漏電痕跡。過熱、局部炭化、燒蝕，形成漏電痕跡。表面漏電起痕與電蝕損電介質(zhì)中的樹枝老化 在在電化學擊穿電化學擊穿中，有一種樹枝化放電的情況，這通常發(fā)生在有機中，有一種樹枝化放電的情況，這通常發(fā)生在有機絕緣材料的場合。當有機絕緣材料中因小曲率半徑電極、微小空絕緣材料的場合。當有機絕緣材料中因小曲率半徑電極、微小空氣隙、雜質(zhì)等因素而出現(xiàn)高場強區(qū)時，往往在此處先發(fā)生局部的氣隙、雜質(zhì)等因

49、素而出現(xiàn)高場強區(qū)時，往往在此處先發(fā)生局部的樹枝狀放電，并在有機固體介質(zhì)上留下纖細的溝狀放電通道的痕樹枝狀放電，并在有機固體介質(zhì)上留下纖細的溝狀放電通道的痕跡，這就是跡，這就是樹枝化樹枝化放電劣化。放電劣化。 在交流電壓下，樹枝化放電劣化是局部放電產(chǎn)生的帶電粒子沖撞固體介質(zhì)引起電化學劣化的結(jié)果。 在沖擊電壓下，則可能是局部電場強度超過了材料的電擊穿場強所造成的結(jié)果。(一一) 電壓作用時間電壓作用時間 如果電壓作用時間如果電壓作用時間很短很短(例如例如0.2s以下以下)，固體介質(zhì)的擊穿，固體介質(zhì)的擊穿往往是電擊穿，擊穿電壓當然也較高。往往是電擊穿，擊穿電壓當然也較高。 隨著電壓作用時間的增長，擊穿

50、電壓將下降，如果在加隨著電壓作用時間的增長，擊穿電壓將下降，如果在加電壓后電壓后數(shù)分鐘數(shù)分鐘到到數(shù)小時數(shù)小時才引起擊穿，則熱擊穿往往起主要才引起擊穿，則熱擊穿往往起主要作用。作用。3.2影響固體介質(zhì)擊穿的因素和改進措施影響固體介質(zhì)擊穿的因素和改進措施 但兩者并無明顯的界限。例如在工頻交流但兩者并無明顯的界限。例如在工頻交流1min.耐壓試耐壓試驗中的試品被擊穿，常常是電和熱雙重作用的結(jié)果。驗中的試品被擊穿，常常是電和熱雙重作用的結(jié)果。 電壓作用時間長達電壓作用時間長達數(shù)十小時數(shù)十小時甚至甚至幾年幾年才發(fā)生擊穿時，大才發(fā)生擊穿時，大多屬于電化學擊穿的范疇。多屬于電化學擊穿的范疇。(二二) 電場均

51、勻程度電場均勻程度 處于處于均勻電場均勻電場中的固體介質(zhì)，其擊穿電壓往往較高，且中的固體介質(zhì)，其擊穿電壓往往較高，且隨介質(zhì)厚度的增加近似地成隨介質(zhì)厚度的增加近似地成線性增大線性增大； 若在若在不均勻電場不均勻電場中，介質(zhì)厚度增加使電場更不均勻，于中，介質(zhì)厚度增加使電場更不均勻，于是擊穿電壓是擊穿電壓不再不再隨厚度的增加而隨厚度的增加而線性線性上升。當厚度增加上升。當厚度增加使散熱困難到可能引起熱擊穿時，增加厚度的意義就更使散熱困難到可能引起熱擊穿時，增加厚度的意義就更小了。小了。常用的固體介質(zhì)一般都含有雜質(zhì)和氣隙，這時即使常用的固體介質(zhì)一般都含有雜質(zhì)和氣隙，這時即使處于均勻電場中，介質(zhì)內(nèi)部的電

52、場分布也是不均勻處于均勻電場中，介質(zhì)內(nèi)部的電場分布也是不均勻的，最大電場強度集中在氣隙處，使擊穿電壓下降。的，最大電場強度集中在氣隙處，使擊穿電壓下降。 (三三)溫度溫度 固體介質(zhì)在某個溫度范圍內(nèi)固體介質(zhì)在某個溫度范圍內(nèi)tt0后將發(fā)生后將發(fā)生熱擊穿熱擊穿，溫度越高熱擊穿電壓越低；，溫度越高熱擊穿電壓越低；如果其周圍媒質(zhì)的溫度也高，且散熱條件又差，熱擊穿電壓更如果其周圍媒質(zhì)的溫度也高，且散熱條件又差，熱擊穿電壓更低。低。 因此，以固體介質(zhì)作絕緣材料的電氣設(shè)備，如果某處局部溫度因此，以固體介質(zhì)作絕緣材料的電氣設(shè)備，如果某處局部溫度過高，在工作電壓下即有熱擊穿的危險。不同的固體介質(zhì)其耐過高，在工作電

53、壓下即有熱擊穿的危險。不同的固體介質(zhì)其耐熱性能和耐熱等級是不同的，因此它們由電擊穿轉(zhuǎn)為熱擊穿的熱性能和耐熱等級是不同的，因此它們由電擊穿轉(zhuǎn)為熱擊穿的臨界溫度臨界溫度t0一般也是不同的。一般也是不同的。(四四) 濕度濕度 濕度對固體介質(zhì)擊穿電壓的影響與材料的性質(zhì)有關(guān)。濕度對固體介質(zhì)擊穿電壓的影響與材料的性質(zhì)有關(guān)。 對不易吸潮的材料對不易吸潮的材料，如聚乙烯、聚四氟乙烯等中性介質(zhì)，如聚乙烯、聚四氟乙烯等中性介質(zhì)，受潮后擊穿電壓僅下降一半左右；受潮后擊穿電壓僅下降一半左右； 容易吸潮的極性介質(zhì)容易吸潮的極性介質(zhì)，如棉紗、紙等纖維材料，吸潮后，如棉紗、紙等纖維材料，吸潮后的擊穿電壓可能僅為干燥時的百分

54、之幾或更低，這是因的擊穿電壓可能僅為干燥時的百分之幾或更低，這是因電導率和介質(zhì)損耗大大增加的緣故。電導率和介質(zhì)損耗大大增加的緣故。 (五五)累積效應(yīng)累積效應(yīng)（固體介質(zhì)的特有性能）（固體介質(zhì)的特有性能） 固體介質(zhì)在不均勻電場中以及在幅值不很高的過電壓、特別是固體介質(zhì)在不均勻電場中以及在幅值不很高的過電壓、特別是雷電沖擊電壓下，介質(zhì)內(nèi)部可能出現(xiàn)局部損傷，并留下局部碳雷電沖擊電壓下，介質(zhì)內(nèi)部可能出現(xiàn)局部損傷，并留下局部碳化、燒焦或裂縫等痕跡。多次加電壓時，局部損傷會逐步發(fā)展，化、燒焦或裂縫等痕跡。多次加電壓時，局部損傷會逐步發(fā)展，這稱為這稱為累積效應(yīng)累積效應(yīng)。顯然，它會導致固體介質(zhì)擊穿電壓的下降。顯

55、然，它會導致固體介質(zhì)擊穿電壓的下降。 。 (六六)機械負荷機械負荷 機械應(yīng)力可能會造成絕緣材料開裂、松散，使得機械應(yīng)力可能會造成絕緣材料開裂、松散，使得擊穿電壓下降。擊穿電壓下降。改善措施改善措施改進制造工藝改進制造工藝改善電場分布改善電場分布改善電極形狀改善電極形狀改善絕緣的工作條件改善絕緣的工作條件介質(zhì)的其他性能介質(zhì)的其他性能 熱性能 2. 機械性能 3. 吸潮性能 4. 化學性能及抗生物性熱性能熱性能 耐熱性：耐熱性：指保證電介質(zhì)可靠安全運行指保證電介質(zhì)可靠安全運行的最高允許溫度的最高允許溫度 熱劣化：熱劣化：電介質(zhì)在稍高的溫度下，長電介質(zhì)在稍高的溫度下，長時間后發(fā)生絕緣性能的不可逆變化

56、時間后發(fā)生絕緣性能的不可逆變化 壽命：壽命：在一定溫度下，電介質(zhì)不產(chǎn)生在一定溫度下，電介質(zhì)不產(chǎn)生熱損壞的時間稱為壽命熱損壞的時間稱為壽命 短時耐熱性：短時耐熱性： 長期耐熱性：長期耐熱性：給定壽命下，電介質(zhì)不給定壽命下，電介質(zhì)不產(chǎn)生熱損壞的最高允許溫度產(chǎn)生熱損壞的最高允許溫度 介質(zhì)熱老化的程度主要決定于溫度及介質(zhì)經(jīng)受熱作用的時間。介質(zhì)熱老化的程度主要決定于溫度及介質(zhì)經(jīng)受熱作用的時間。為此國際電工委員會按照材料的最高持續(xù)工作溫度為耐熱程為此國際電工委員會按照材料的最高持續(xù)工作溫度為耐熱程度劃分耐熱等級。如度劃分耐熱等級。如 Y A E B F H C度數(shù)級度數(shù)級 90 105 120 130 1

57、55 180 180 A級溫度超過規(guī)定級溫度超過規(guī)定8、B級級10、H級級12，壽命約，壽命約縮短一半縮短一半根據(jù)絕緣耐熱等級可以進行設(shè)備運行負荷的最佳經(jīng)濟性設(shè)根據(jù)絕緣耐熱等級可以進行設(shè)備運行負荷的最佳經(jīng)濟性設(shè)計計電力設(shè)備使用期限定為電力設(shè)備使用期限定為20-25年。年。 耐寒性則是絕緣材料在低溫下保證安全運耐寒性則是絕緣材料在低溫下保證安全運行的最低許可溫度，行的最低許可溫度，否則否則，固體可能變脆、，固體可能變脆、開裂，液體可能凝固。如開裂，液體可能凝固。如10、25、40號變壓號變壓器油分別表示其凝固溫度為器油分別表示其凝固溫度為-10、-25、-402. 機械性能機械性能 有脆性、塑性

58、和彈性三種有脆性、塑性和彈性三種 有些絕緣結(jié)構(gòu)如絕緣子在運行中要承受較大的有些絕緣結(jié)構(gòu)如絕緣子在運行中要承受較大的機械荷載。當其承受的機械荷載等于其破壞荷機械荷載。當其承受的機械荷載等于其破壞荷載時，它的載時，它的電氣性能將下降電氣性能將下降30%。多因素（如。多因素（如風、電、熱及機械荷載的聯(lián)合作用）會影響固風、電、熱及機械荷載的聯(lián)合作用）會影響固體介質(zhì)的電氣性能。因此，對絕緣子等產(chǎn)品在體介質(zhì)的電氣性能。因此，對絕緣子等產(chǎn)品在出廠前要經(jīng)受出廠前要經(jīng)受機械機械-電氣電氣聯(lián)合試驗，以便暴露出聯(lián)合試驗，以便暴露出絕緣中開裂、裂縫等缺陷。防患于未然。絕緣中開裂、裂縫等缺陷。防患于未然。3. 吸潮性能吸潮性能在潮濕地區(qū)要選用吸濕性小、憎水性強的材在潮濕地區(qū)要選用吸濕性小、憎水性強的材料。一般而言，非極性電介質(zhì)吸濕性低，極料。一般而言，非極性電介質(zhì)吸濕性低，極性電