第四章固體液體和組合絕緣電氣強度

1、第四章固體液體和組合絕緣電氣強度第四章固體液體和組合絕緣電氣強度2n氣、固、液三種電介質(zhì)中，固體密度最大，耐電氣、固、液三種電介質(zhì)中，固體密度最大，耐電強度最高強度最高n固體電介質(zhì)的擊穿過程最復(fù)雜，且擊穿后是唯一固體電介質(zhì)的擊穿過程最復(fù)雜，且擊穿后是唯一不可恢復(fù)的絕緣不可恢復(fù)的絕緣n普遍規(guī)律：任何介質(zhì)的擊穿總是從電氣性能最薄普遍規(guī)律：任何介質(zhì)的擊穿總是從電氣性能最薄弱的缺陷處發(fā)展起來的，這里的缺陷可指電場的弱的缺陷處發(fā)展起來的，這里的缺陷可指電場的集中，也可指介質(zhì)的不均勻性集中，也可指介質(zhì)的不均勻性 固體電介質(zhì)擊穿的機理第四章固體液體和組合絕緣電氣強度3區(qū)域B區(qū)域A區(qū)域Cssmin278h50

2、15.310010-1 1 101 102 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012時間（s）500450400350300250200150100500擊穿電壓為一分鐘耐壓的百分比數(shù) （）電工紙板的擊穿電壓與電壓作用時間的關(guān)系 1. 固體電介質(zhì)擊穿特性的劃分AB：電擊穿C：熱擊穿第四章固體液體和組合絕緣電氣強度4n電擊穿理論建立在固體電介質(zhì)中發(fā)生碰撞電離基電擊穿理論建立在固體電介質(zhì)中發(fā)生碰撞電離基礎(chǔ)上，固體電介質(zhì)中存在少量傳導(dǎo)電子，在電場礎(chǔ)上，固體電介質(zhì)中存在少量傳導(dǎo)電子，在電場加速下與晶格結(jié)點上的原子碰撞，從而擊穿加速下與晶格結(jié)點上的原子碰撞，從

3、而擊穿2. 電擊穿第四章固體液體和組合絕緣電氣強度53. 熱擊穿熱擊穿A AB B504030201000 20 40 60 80 100 120 140 160crcr()()Ub（kV）（有效值）交變電壓下電瓷的擊穿電壓與溫度的關(guān)系 第四章固體液體和組合絕緣電氣強度6熱擊穿的概念：熱擊穿的概念： 由于介質(zhì)損耗的存在，固體電介質(zhì)在電場中會逐漸發(fā)熱由于介質(zhì)損耗的存在，固體電介質(zhì)在電場中會逐漸發(fā)熱升溫，溫度升高導(dǎo)致固體電介質(zhì)電阻下降，電流進一步增升溫，溫度升高導(dǎo)致固體電介質(zhì)電阻下降，電流進一步增大，損耗發(fā)熱也隨之增大。大，損耗發(fā)熱也隨之增大。 在電介質(zhì)不斷發(fā)熱升溫的同時，也存在一個通過電極及在電

4、介質(zhì)不斷發(fā)熱升溫的同時，也存在一個通過電極及其它介質(zhì)向外不斷散熱的過程。如果同一時間內(nèi)發(fā)熱超過其它介質(zhì)向外不斷散熱的過程。如果同一時間內(nèi)發(fā)熱超過散熱，則介質(zhì)溫度會不斷上升，以致引起電介質(zhì)分解炭化，散熱，則介質(zhì)溫度會不斷上升，以致引起電介質(zhì)分解炭化，最終擊穿，這一過程稱為電介質(zhì)的熱擊穿過程。最終擊穿，這一過程稱為電介質(zhì)的熱擊穿過程。 第四章固體液體和組合絕緣電氣強度7熱擊穿的理論分析熱擊穿的理論分析電壓：電壓：U1U2U3曲線曲線1,2,31,2,3：電介質(zhì)發(fā)熱量電介質(zhì)發(fā)熱量Q與介質(zhì)中最高溫度與介質(zhì)中最高溫度tm的關(guān)系的關(guān)系 直線直線4 4：表示固體介質(zhì)中最高溫度大于周圍環(huán)境溫度表示固體介質(zhì)中最

5、高溫度大于周圍環(huán)境溫度t0 時，散出的熱量時，散出的熱量Q與介質(zhì)中最高溫度與介質(zhì)中最高溫度tm的關(guān)系的關(guān)系 btmt0tatktb01234a不同外施電壓下介質(zhì)發(fā)熱散熱與介質(zhì)溫度的關(guān)系 第四章固體液體和組合絕緣電氣強度8曲線曲線 1 1： 發(fā)熱永遠大于散熱，介質(zhì)溫度將不斷升高，在電壓發(fā)熱永遠大于散熱，介質(zhì)溫度將不斷升高，在電壓U1下最終必定發(fā)生熱擊穿下最終必定發(fā)生熱擊穿btmt0tatktb01234a不同外施電壓下介質(zhì)發(fā)熱散熱與介質(zhì)溫度的關(guān)系 第四章固體液體和組合絕緣電氣強度9曲線曲線 3 3：t t ta ta 時：曲線在直線時：曲線在直線4 4之上，之上，不發(fā)生熱擊穿，介質(zhì)溫度逐不發(fā)生熱

6、擊穿，介質(zhì)溫度逐漸升高并穩(wěn)定在漸升高并穩(wěn)定在tata，稱，稱tata為為穩(wěn)定熱平衡點穩(wěn)定熱平衡點ttb ttb 時：情況類似曲線時：情況類似曲線1 1，最終發(fā)生熱擊穿最終發(fā)生熱擊穿t=tb t=tb 時：發(fā)熱等于散熱，時：發(fā)熱等于散熱，但因擾動使但因擾動使t t大于大于tbtb，則介，則介質(zhì)溫度上升，回不到質(zhì)溫度上升，回不到tbtb，直，直至熱擊穿。稱至熱擊穿。稱tbtb為不穩(wěn)定熱為不穩(wěn)定熱平衡點平衡點 tattbtat180 90 105 120 130 155 180 180根據(jù)這個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)計第四章固體液體和組合絕緣電氣強度194.5 液體電介質(zhì)擊穿的

7、機理 液體電介質(zhì)液體電介質(zhì) ：純凈的液體電介質(zhì)：純凈的液體電介質(zhì) 工程用液體電介質(zhì)（水分工程用液體電介質(zhì)（水分+ +雜質(zhì)）雜質(zhì)） 擊穿機理不同：電擊穿理論、氣泡擊穿理論擊穿機理不同：電擊穿理論、氣泡擊穿理論 小橋擊穿理論小橋擊穿理論第四章固體液體和組合絕緣電氣強度20n液體中因強場發(fā)射等原因產(chǎn)生的電子，在電場中被加速，與液體分子發(fā)生碰撞電離n在極不均勻電場中變壓器油的擊穿過程，先在尖電極附近開始電離，電離開始階段以后是流注發(fā)展階段，流注分級地向另一電極發(fā)展，放電通道出現(xiàn)分枝，最后流注通道貫通整個間隙n與長空氣間隙的放電過程很相似 /221. 純凈液體電介質(zhì)的電擊穿理論第四章固體液體和組合絕緣電

8、氣強度21n當外加電場較高時，液體介質(zhì)內(nèi)由于各種原因產(chǎn)生氣泡 1）電子電流加熱液體，分解出氣體；2）電子碰撞液體分子，使之解離產(chǎn)出氣體；3）靜電斥力，電極表面吸附的氣泡表面積累電荷，當靜電斥力大于液體表面張力時，氣泡體積變大；4）電極凸起處的電暈引起液體氣化。n串聯(lián)介質(zhì)中，場強的分布與介質(zhì)的介電常數(shù)成反比-局放-熱-體積膨脹-氣體小橋/222. 純凈液體電介質(zhì)的氣泡擊穿理論第四章固體液體和組合絕緣電氣強度22 (a) (a) 形成形成“小橋小橋” (b) (b) 未形成未形成“小橋小橋”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 /223. 非純凈液體電介質(zhì)的小橋擊穿理論n液體中的雜

9、質(zhì)在電場力的作用下，在電場方向定向，并逐漸沿電力線方向排列成雜質(zhì)的“小橋n水分及纖維等的電導(dǎo)大，引起泄漏電流增大、發(fā)熱增多，促使水分汽化、氣泡擴大n液體電介質(zhì)最后在氣體通道中發(fā)生擊穿 第四章固體液體和組合絕緣電氣強度23/224.6 影響液體電介質(zhì)擊穿電壓的因素 n用標準油杯來檢查油的質(zhì)量用標準油杯來檢查油的質(zhì)量n平板電極間電場均勻，油中平板電極間電場均勻，油中稍有含水、含雜，含氣等擊稍有含水、含雜，含氣等擊穿電壓就明顯下降穿電壓就明顯下降n規(guī)程規(guī)定用來灌注高壓電力規(guī)程規(guī)定用來灌注高壓電力變壓器等的變壓器油，在此變壓器等的變壓器油，在此油杯中的工頻擊穿電壓要求油杯中的工頻擊穿電壓要求在在25

10、40kV以上以上(與設(shè)備的與設(shè)備的額定電壓有關(guān)額定電壓有關(guān))；灌注高壓電；灌注高壓電纜和電容器的用油，在油杯纜和電容器的用油，在油杯中的擊穿電壓常要求在中的擊穿電壓常要求在50或或 60kV以上以上 第四章固體液體和組合絕緣電氣強度241. 雜質(zhì)（懸浮水、纖維）Ub（有效值）/kV00.040.022040含水量100變壓器油的工頻擊穿電壓和含水量的關(guān)系 /22第四章固體液體和組合絕緣電氣強度252. 電壓作用時間Ubp（kV）（峰值）01002003004005006007001234567891010-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1 101 102t（s）沖擊系數(shù)

11、Kl最小值5020稍不均勻電場中變壓器油的伏秒特性曲線/22第四章固體液體和組合絕緣電氣強度262001.5/40（）1.5/40（）800700600500400300200100010-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1 101 102 1033.02.52.01.51.00.5t（s）沖擊系數(shù)，K（最小值）Ub,p（kV）(峰值)極不均勻電場中變壓器油的伏秒特性曲線/221分鐘（60S）擊穿電壓近似等于持久擊穿電壓第四章固體液體和組合絕緣電氣強度273. 電場情況n油的純凈程度較高時，改善電場的均勻程度能使工頻或直流電壓下的擊穿電壓明顯提高n液體電介質(zhì)不同油質(zhì)擊穿電

12、壓的分散性和電場的均勻程度有關(guān) 工頻擊穿電壓的分散性在極不均勻電場中不超過5（電極處電場力作用雜質(zhì)不易形成小橋），而在均勻電場中可達3040 /22第四章固體液體和組合絕緣電氣強度284. 溫度t,4060408012020-400Ub，千伏（有效值）2.5毫米12標準油杯中變壓器油工頻擊穿電壓與溫度的關(guān)系1-干燥的油； 2-受潮的油/22水當T增加時：固液汽第四章固體液體和組合絕緣電氣強度295.壓強p/MPa0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7dd = 7.5cm2.55.0200150100500Ub(有效值)/kV變壓器油（工程電介質(zhì)）工頻擊穿電壓與壓強的關(guān)系 /22油中含有氣體第四章固體液體和組合絕緣電氣強度30