液體、固體的電氣特性

1、第二章第二章液體、固體介質(zhì)的電氣特性液體、固體介質(zhì)的電氣特性電介質(zhì)電介質(zhì)(dielectric)：-在電場(chǎng)中能產(chǎn)生極化的物質(zhì)，指通常條件下導(dǎo)電性能極差、在電場(chǎng)中能產(chǎn)生極化的物質(zhì)，指通常條件下導(dǎo)電性能極差、在電力系統(tǒng)用作絕緣的材料。在電力系統(tǒng)用作絕緣的材料。-極化是指物質(zhì)中電荷分離形成耦極子的過程極化是指物質(zhì)中電荷分離形成耦極子的過程電介質(zhì)電介質(zhì)氣體電介質(zhì)氣體電介質(zhì)液體電介質(zhì)液體電介質(zhì)固體電介質(zhì)固體電介質(zhì)電介質(zhì)從貯存電能的角度看電介質(zhì)從貯存電能的角度看絕緣材料從隔離電流角度看絕緣材料從隔離電流角度看1 電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和損耗一.電介質(zhì)的極化(dielectric polarization) 和

2、介電常數(shù)1. 極化：在外加電場(chǎng)的作用下，電介質(zhì)中的正、負(fù)電荷沿電場(chǎng)方向作有限位移或轉(zhuǎn)向，形成電矩（偶極矩）極化對(duì)介電常數(shù)的影響：UQ束縛電荷UCQ00CUQQQ000CCQQr相對(duì)介電常數(shù)： relative dielectric constant0E 0E電子式極化2. 電介質(zhì)的極化種類特點(diǎn)：存在于一切電介質(zhì)，極化所需時(shí)間短， 不隨頻率變化；極化具有彈性，不損耗能量r 液體介質(zhì)和固體介質(zhì)廣泛用作電氣設(shè)備的內(nèi)絕液體介質(zhì)和固體介質(zhì)廣泛用作電氣設(shè)備的內(nèi)絕緣。應(yīng)用的最多的液體介質(zhì)是變壓器油以及電容器緣。應(yīng)用的最多的液體介質(zhì)是變壓器油以及電容器油和電纜油。用作內(nèi)絕緣的固體介質(zhì)常見的有絕緣油和電纜油。用

3、作內(nèi)絕緣的固體介質(zhì)常見的有絕緣紙、紙板、云母、塑料等紙、紙板、云母、塑料等, 以及用于制造絕緣子的電以及用于制造絕緣子的電瓷、玻璃和硅橡膠等。瓷、玻璃和硅橡膠等。Chapter 4. 液體和固體介質(zhì)的電氣性能液體和固體介質(zhì)的電氣性能一一. 常用的液體介常用的液體介質(zhì)質(zhì)二二. 液體電介質(zhì)的擊穿理液體電介質(zhì)的擊穿理論論 目前常用的主要有變壓器油、電容器油、目前常用的主要有變壓器油、電容器油、電纜油等礦物油電纜油等礦物油 電擊穿：電擊穿：認(rèn)為在電場(chǎng)作用下，陰極上由于強(qiáng)場(chǎng)發(fā)認(rèn)為在電場(chǎng)作用下，陰極上由于強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射或熱發(fā)射出來的電子產(chǎn)生碰撞電離形成電子崩，射或熱發(fā)射出來的電子產(chǎn)生碰撞電離形成電子崩，最后導(dǎo)致

4、液體擊穿最后導(dǎo)致液體擊穿4.1 液體電介質(zhì)的擊穿液體電介質(zhì)的擊穿氣泡擊穿：氣泡擊穿：認(rèn)為液體分子由電子碰撞而產(chǎn)生氣認(rèn)為液體分子由電子碰撞而產(chǎn)生氣泡，或在電場(chǎng)作用下因其它原因產(chǎn)生氣泡，由氣泡，或在電場(chǎng)作用下因其它原因產(chǎn)生氣泡，由氣泡內(nèi)的氣體放泡內(nèi)的氣體放 電，產(chǎn)生電和熱而引起液體擊穿。電，產(chǎn)生電和熱而引起液體擊穿。液體中氣泡產(chǎn)生的原因：液體中氣泡產(chǎn)生的原因：油中易揮發(fā)的成分；油中易揮發(fā)的成分；陰極的強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射或熱發(fā)射的電子電流加熱液體介質(zhì)，分解陰極的強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射或熱發(fā)射的電子電流加熱液體介質(zhì)，分解出氣體；出氣體；溶解于油中的外來氣體；溶解于油中的外來氣體；由電場(chǎng)加速的電子碰撞液體分子，使液體分子解離產(chǎn)

5、生氣由電場(chǎng)加速的電子碰撞液體分子，使液體分子解離產(chǎn)生氣體；體；1. 電極上尖的或不規(guī)則的凸起物上的電暈放電引起液體氣化電極上尖的或不規(guī)則的凸起物上的電暈放電引起液體氣化液體中沿氣泡擊穿過程：液體中沿氣泡擊穿過程：交流電壓下串聯(lián)介質(zhì)中交流電壓下串聯(lián)介質(zhì)中 的分布與的分布與 成反比成反比E氣體的擊穿場(chǎng)強(qiáng)氣體的擊穿場(chǎng)強(qiáng)比液體低得多比液體低得多氣泡先電離氣泡先電離電離產(chǎn)生的帶電粒子撞擊電離產(chǎn)生的帶電粒子撞擊液體分子，使之分解出氣液體分子，使之分解出氣體，擴(kuò)大氣體通道體，擴(kuò)大氣體通道電離的氣泡在電場(chǎng)作用電離的氣泡在電場(chǎng)作用下容易排列形成連通兩下容易排列形成連通兩極的氣體極的氣體“小橋小橋”，擊，擊穿穿沿

6、沿“小橋小橋”通道發(fā)生通道發(fā)生氣泡溫度升高、氣泡溫度升高、體積膨脹、電離體積膨脹、電離進(jìn)一步發(fā)展進(jìn)一步發(fā)展纖維橋接擊穿：（小橋理論）纖維橋接擊穿：（小橋理論）工程用變壓器油中含有水分和纖維等雜質(zhì)，由于它們的工程用變壓器油中含有水分和纖維等雜質(zhì)，由于它們的 很大很大容易沿電場(chǎng)方向極化定向，排列成雜質(zhì)小橋：容易沿電場(chǎng)方向極化定向，排列成雜質(zhì)小橋：r1. 如果雜質(zhì)小橋尚未接通電極，則纖維等雜質(zhì)與油串聯(lián)，由于如果雜質(zhì)小橋尚未接通電極，則纖維等雜質(zhì)與油串聯(lián)，由于 纖維的纖維的 大以及含水分纖維的電導(dǎo)大，使其端部油中電場(chǎng)強(qiáng)大以及含水分纖維的電導(dǎo)大，使其端部油中電場(chǎng)強(qiáng) 度顯著增高并引起電離，于是油分解出氣體

7、，氣泡擴(kuò)大，電度顯著增高并引起電離，于是油分解出氣體，氣泡擴(kuò)大，電 離增強(qiáng)，這樣發(fā)展下去必然會(huì)出現(xiàn)由氣體小橋引起的擊穿。離增強(qiáng)，這樣發(fā)展下去必然會(huì)出現(xiàn)由氣體小橋引起的擊穿。r2. 如果雜質(zhì)小橋接通電極，因小橋的電導(dǎo)大而導(dǎo)致泄漏電流增如果雜質(zhì)小橋接通電極，因小橋的電導(dǎo)大而導(dǎo)致泄漏電流增 大，發(fā)熱會(huì)促使水分汽化，氣泡擴(kuò)大，發(fā)展下去也會(huì)出現(xiàn)氣大，發(fā)熱會(huì)促使水分汽化，氣泡擴(kuò)大，發(fā)展下去也會(huì)出現(xiàn)氣 體小橋，使油隙發(fā)生擊穿。體小橋，使油隙發(fā)生擊穿。 工程用變壓器油的擊穿有如下特點(diǎn)：在均勻電場(chǎng)中，當(dāng)工程用變壓器油的擊穿有如下特點(diǎn)：在均勻電場(chǎng)中，當(dāng)工頻電壓升高到某值時(shí)，油中可能出現(xiàn)一個(gè)火花放電，但旋工頻電壓升

8、高到某值時(shí)，油中可能出現(xiàn)一個(gè)火花放電，但旋即消失，油又恢復(fù)其電氣強(qiáng)度；電壓再增油中又可能出現(xiàn)火即消失，油又恢復(fù)其電氣強(qiáng)度；電壓再增油中又可能出現(xiàn)火花，但可能又旋即消失；這樣反復(fù)多次，最后才會(huì)發(fā)生穩(wěn)定花，但可能又旋即消失；這樣反復(fù)多次，最后才會(huì)發(fā)生穩(wěn)定的擊穿的擊穿工程用變壓器油的擊穿特點(diǎn)：工程用變壓器油的擊穿特點(diǎn)： 判斷油的質(zhì)量，依靠測(cè)量其電氣強(qiáng)度、判斷油的質(zhì)量，依靠測(cè)量其電氣強(qiáng)度、tg和含水量等和含水量等。其中最重要的試驗(yàn)項(xiàng)目是用標(biāo)準(zhǔn)油杯測(cè)量油的工頻擊穿。其中最重要的試驗(yàn)項(xiàng)目是用標(biāo)準(zhǔn)油杯測(cè)量油的工頻擊穿電壓。我國(guó)采用的標(biāo)準(zhǔn)油杯極間距離為電壓。我國(guó)采用的標(biāo)準(zhǔn)油杯極間距離為2.5mm，電極是直電極

9、是直徑等于徑等于25mm的圓盤型銅電極，電極的邊緣加工成半徑為的圓盤型銅電極，電極的邊緣加工成半徑為2.5mm的半圓以減弱邊緣效應(yīng)。的半圓以減弱邊緣效應(yīng)。三三. 影響液體介質(zhì)擊穿電壓的因素影響液體介質(zhì)擊穿電壓的因素3. 溫度溫度2. 含水量、含氣量含水量、含氣量4. 雜質(zhì)的影響雜質(zhì)的影響1.電壓形式的影響電壓形式的影響擊穿電壓跟電壓的作用時(shí)間和電壓上升擊穿電壓跟電壓的作用時(shí)間和電壓上升率有關(guān)率有關(guān)5. 油量的影響油量的影響 潮濕的油由潮濕的油由0開始開始 上升時(shí)，一部分水分從懸浮狀態(tài)轉(zhuǎn)為上升時(shí)，一部分水分從懸浮狀態(tài)轉(zhuǎn)為害處較小的溶解狀態(tài)，使擊穿電壓上升；超過害處較小的溶解狀態(tài)，使擊穿電壓上升；

10、超過80 后，水開始后，水開始汽化，產(chǎn)生氣泡，引起擊穿電壓下降，從而在汽化，產(chǎn)生氣泡，引起擊穿電壓下降，從而在60 80間出間出現(xiàn)最大值現(xiàn)最大值水分和油溫水分和油溫 懸浮狀水滴在油中是十分有懸浮狀水滴在油中是十分有害的，如右圖，當(dāng)含水量為害的，如右圖，當(dāng)含水量為 萬萬分之幾時(shí)，它對(duì)擊穿電壓就有明分之幾時(shí)，它對(duì)擊穿電壓就有明顯的影響，這意味著油中已出現(xiàn)顯的影響，這意味著油中已出現(xiàn)懸浮狀水滴；含水量達(dá)懸浮狀水滴；含水量達(dá)0.02%時(shí)時(shí)擊穿電壓已下降至約擊穿電壓已下降至約15kV，比比不含水分時(shí)低很多不含水分時(shí)低很多 。含水量繼。含水量繼00.020.042040Ub(kV)含水量(%)續(xù)增大擊穿電

11、壓下降已不多，因?yàn)橹挥幸欢〝?shù)量的水分能懸續(xù)增大擊穿電壓下降已不多，因?yàn)橹挥幸欢〝?shù)量的水分能懸浮于水中，多余的會(huì)沉淀到油底部。浮于水中，多余的會(huì)沉淀到油底部。 標(biāo)準(zhǔn)油杯實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)油杯實(shí)驗(yàn)四、提高液體介質(zhì)擊穿電壓的方法四、提高液體介質(zhì)擊穿電壓的方法n提高油的品質(zhì)提高油的品質(zhì) n過濾；防潮；除去水分和氣體過濾；防潮；除去水分和氣體n2 覆蓋層覆蓋層n在金屬電極上貼固體絕緣薄層，可阻斷雜質(zhì)小橋在金屬電極上貼固體絕緣薄層，可阻斷雜質(zhì)小橋 n油本身品質(zhì)越差，電壓作用時(shí)間越長(zhǎng)，效果越好。油本身品質(zhì)越差，電壓作用時(shí)間越長(zhǎng)，效果越好。 n3 絕緣層絕緣層 n當(dāng)覆蓋層厚度增大，本身承擔(dān)一定電壓時(shí)，成為絕緣層。當(dāng)覆蓋

12、層厚度增大，本身承擔(dān)一定電壓時(shí)，成為絕緣層。 n用在不均勻電場(chǎng)中，被覆在曲率半徑較小的電極上用在不均勻電場(chǎng)中，被覆在曲率半徑較小的電極上 。n4 屏障屏障 n放在電極間油間隙中的固體絕緣板放在電極間油間隙中的固體絕緣板 n作用可以割斷雜質(zhì)小橋的形成作用可以割斷雜質(zhì)小橋的形成 n一一. 固體介質(zhì)擊穿的特點(diǎn)固體介質(zhì)擊穿的特點(diǎn)擊穿場(chǎng)強(qiáng)一般比氣體和液體電介質(zhì)高得多；擊穿場(chǎng)強(qiáng)一般比氣體和液體電介質(zhì)高得多；空氣空氣30kV/cm，變壓器油變壓器油120250 kV/cm，云母云母(電擊電擊穿穿)20003000kV/cm擊穿場(chǎng)強(qiáng)與電壓作用時(shí)間有很大的關(guān)系；擊穿場(chǎng)強(qiáng)與電壓作用時(shí)間有很大的關(guān)系；絕緣是非自恢復(fù)

13、的，一旦發(fā)生擊穿，其絕緣性能不絕緣是非自恢復(fù)的，一旦發(fā)生擊穿，其絕緣性能不能再自行恢復(fù)；能再自行恢復(fù)；4.2 固體電介質(zhì)的擊穿固體電介質(zhì)的擊穿短時(shí)電壓短時(shí)電壓周期性過電壓周期性過電壓交流試驗(yàn)電壓交流試驗(yàn)電壓持續(xù)運(yùn)行電壓持續(xù)運(yùn)行電壓電擊穿電擊穿熱擊穿熱擊穿電化學(xué)擊穿電化學(xué)擊穿10-610-31031106Ebt/s 二二. 擊穿理論擊穿理論電擊穿：電擊穿：在強(qiáng)電場(chǎng)下電介質(zhì)內(nèi)部電子劇烈運(yùn)動(dòng)，在強(qiáng)電場(chǎng)下電介質(zhì)內(nèi)部電子劇烈運(yùn)動(dòng)，發(fā)生碰撞電離，破壞了固體介質(zhì)的晶格結(jié)構(gòu)，使發(fā)生碰撞電離，破壞了固體介質(zhì)的晶格結(jié)構(gòu)，使電導(dǎo)增大而導(dǎo)致?lián)舸╇妼?dǎo)增大而導(dǎo)致?lián)舸Ｌ攸c(diǎn)：特點(diǎn)：電壓作用時(shí)間短、擊穿電壓高，電介質(zhì)發(fā)熱電壓

14、作用時(shí)間短、擊穿電壓高，電介質(zhì)發(fā)熱不顯著；擊穿場(chǎng)強(qiáng)與電場(chǎng)均勻程度密切相關(guān)，而不顯著；擊穿場(chǎng)強(qiáng)與電場(chǎng)均勻程度密切相關(guān)，而與周圍環(huán)境溫度無關(guān)與周圍環(huán)境溫度無關(guān)。2. 熱擊穿：熱擊穿：由于固體介質(zhì)內(nèi)部熱不穩(wěn)定性造成由于固體介質(zhì)內(nèi)部熱不穩(wěn)定性造成。特點(diǎn)：特點(diǎn)：(1)在電壓作用下，產(chǎn)生的電導(dǎo)電流和介質(zhì)極化引起介質(zhì)損耗，在電壓作用下，產(chǎn)生的電導(dǎo)電流和介質(zhì)極化引起介質(zhì)損耗， 使介質(zhì)發(fā)熱使介質(zhì)發(fā)熱(2)熱擊穿電壓隨環(huán)境溫度的升高而下降熱擊穿電壓隨環(huán)境溫度的升高而下降,熱擊穿電壓直接與熱擊穿電壓直接與 散熱條件有關(guān)散熱條件有關(guān)電壓作用下電壓作用下介質(zhì)損耗，介質(zhì)損耗，使介質(zhì)發(fā)熱使介質(zhì)發(fā)熱發(fā)熱大于散發(fā)熱大于散熱時(shí)，

15、介質(zhì)溫?zé)釙r(shí)，介質(zhì)溫度不斷升高度不斷升高介質(zhì)分解、介質(zhì)分解、熔化、碳化熔化、碳化或燒焦或燒焦熱擊穿熱擊穿3. 電化學(xué)擊穿：電化學(xué)擊穿：固體介質(zhì)在長(zhǎng)期工作電壓下，由于固體介質(zhì)在長(zhǎng)期工作電壓下，由于介質(zhì)內(nèi)部發(fā)生局部放電等原因，使絕緣劣化，電介質(zhì)內(nèi)部發(fā)生局部放電等原因，使絕緣劣化，電氣強(qiáng)度逐漸下降并引起的擊穿。氣強(qiáng)度逐漸下降并引起的擊穿。局部放電使電介質(zhì)劣化損傷的機(jī)理：局部放電使電介質(zhì)劣化損傷的機(jī)理：放電過程產(chǎn)生活性氣體放電過程產(chǎn)生活性氣體O3、NO、NO2等對(duì)介質(zhì)產(chǎn)生氧化和等對(duì)介質(zhì)產(chǎn)生氧化和腐蝕作用，使介質(zhì)逐漸劣化；腐蝕作用，使介質(zhì)逐漸劣化；放電過程產(chǎn)生的帶電粒子撞擊介質(zhì)，引起局部溫度上升，放電過程

16、產(chǎn)生的帶電粒子撞擊介質(zhì)，引起局部溫度上升，加速介質(zhì)氧化并使局部電導(dǎo)和介質(zhì)損耗增加；加速介質(zhì)氧化并使局部電導(dǎo)和介質(zhì)損耗增加；帶電粒子撞擊還有可能破壞有機(jī)高分子材料結(jié)構(gòu)，使其裂帶電粒子撞擊還有可能破壞有機(jī)高分子材料結(jié)構(gòu)，使其裂解；解；放電產(chǎn)生的高能輻射線引起材料分解；放電產(chǎn)生的高能輻射線引起材料分解；刷狀樹枝刷狀樹枝灌木狀樹枝灌木狀樹枝聚乙烯中的樹枝化放電劣化聚乙烯中的樹枝化放電劣化三三. 影響固體電介質(zhì)擊穿電壓的因素影響固體電介質(zhì)擊穿電壓的因素1. 電壓作用時(shí)間電壓作用時(shí)間2. 電場(chǎng)均勻程度與介質(zhì)厚度電場(chǎng)均勻程度與介質(zhì)厚度3.溫度溫度4.受潮受潮5.累積效應(yīng)累積效應(yīng) 如果電壓作用時(shí)間很短（例如如

17、果電壓作用時(shí)間很短（例如 0.1s以下），固體介質(zhì)的以下），固體介質(zhì)的擊穿往往是電擊穿，擊穿電壓當(dāng)然也較高。隨著電壓作用時(shí)擊穿往往是電擊穿，擊穿電壓當(dāng)然也較高。隨著電壓作用時(shí)間的增長(zhǎng)，擊穿電壓下降，如果在加壓后數(shù)分鐘到數(shù)小時(shí)才間的增長(zhǎng)，擊穿電壓下降，如果在加壓后數(shù)分鐘到數(shù)小時(shí)才引起擊穿，則熱擊穿往往起主要作用。不過二者有時(shí)很難分引起擊穿，則熱擊穿往往起主要作用。不過二者有時(shí)很難分清清,例如在工頻交流例如在工頻交流1min耐壓試驗(yàn)中的試品被擊穿，常常是電耐壓試驗(yàn)中的試品被擊穿，常常是電和熱雙重作用的結(jié)果。和熱雙重作用的結(jié)果。1. 電壓作用時(shí)間電壓作用時(shí)間 處于均勻電場(chǎng)中的固體介質(zhì)，其擊穿電壓往往

18、較高，且隨處于均勻電場(chǎng)中的固體介質(zhì)，其擊穿電壓往往較高，且隨厚度的增加近似地成線性增大；若在不均勻電場(chǎng)中，介質(zhì)厚度厚度的增加近似地成線性增大；若在不均勻電場(chǎng)中，介質(zhì)厚度增加將使電場(chǎng)更不均勻，于是擊穿電壓不再隨厚度的增加而線增加將使電場(chǎng)更不均勻，于是擊穿電壓不再隨厚度的增加而線性上升。當(dāng)厚度增加到使散熱困難到可能引起熱擊穿時(shí)，增加性上升。當(dāng)厚度增加到使散熱困難到可能引起熱擊穿時(shí)，增加厚度的意義就更小了。厚度的意義就更小了。2. 電場(chǎng)均勻程度與介質(zhì)厚度電場(chǎng)均勻程度與介質(zhì)厚度 常用的固體介質(zhì)一般都含有雜質(zhì)和氣隙，這時(shí)即使處于常用的固體介質(zhì)一般都含有雜質(zhì)和氣隙，這時(shí)即使處于均勻電場(chǎng)中，介質(zhì)內(nèi)部的電場(chǎng)分

19、布也是不均勻的，最大電場(chǎng)均勻電場(chǎng)中，介質(zhì)內(nèi)部的電場(chǎng)分布也是不均勻的，最大電場(chǎng)強(qiáng)度集中在氣隙處，使擊穿電壓下降。如果經(jīng)過真空干燥、強(qiáng)度集中在氣隙處，使擊穿電壓下降。如果經(jīng)過真空干燥、真空浸油或浸漆處理，則擊穿電壓可明顯提高。真空浸油或浸漆處理，則擊穿電壓可明顯提高。 固體介質(zhì)在某個(gè)溫度范圍內(nèi)其擊穿性質(zhì)屬于電擊穿，這固體介質(zhì)在某個(gè)溫度范圍內(nèi)其擊穿性質(zhì)屬于電擊穿，這時(shí)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)很高，且與溫度幾乎無關(guān)。超過某個(gè)溫度將發(fā)時(shí)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)很高，且與溫度幾乎無關(guān)。超過某個(gè)溫度將發(fā)生熱擊穿，溫度越高熱擊穿電壓越低；如果其周圍媒質(zhì)的溫生熱擊穿，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

20、電壓將更低。不同固體介度也高，且散熱條件又差，熱擊穿電壓將更低。不同固體介質(zhì)其耐熱性能和耐熱等級(jí)是不同的，因此它們由電擊穿轉(zhuǎn)為質(zhì)其耐熱性能和耐熱等級(jí)是不同的，因此它們由電擊穿轉(zhuǎn)為熱擊穿的臨界溫度一般也是不同的。熱擊穿的臨界溫度一般也是不同的。3. 溫度溫度 對(duì)不易吸潮的材料，如聚乙烯、聚四氟乙烯、等中性介對(duì)不易吸潮的材料，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；容易吸潮的極性介質(zhì)質(zhì)，受潮后擊穿電壓僅下降一半左右；容易吸潮的極性介質(zhì)，如棉紗、紙等纖維材料，吸潮后的擊穿電壓可能僅為干燥，如棉紗、紙等纖維材料，吸潮后的擊穿電壓可能僅為干燥時(shí)的百分之幾或更低。因?yàn)殡妼?dǎo)率和介質(zhì)損

21、耗大大增加的緣時(shí)的百分之幾或更低。因?yàn)殡妼?dǎo)率和介質(zhì)損耗大大增加的緣故。故。4. 受潮受潮 固體介質(zhì)在不均勻電場(chǎng)中以及在幅值不是很高的過電壓固體介質(zhì)在不均勻電場(chǎng)中以及在幅值不是很高的過電壓、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、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，并留下局部碳化、燒焦或裂縫等痕跡。多次加電壓時(shí)，局部損留下局部碳化、燒焦或裂縫等痕跡。多次加電壓時(shí)，局部損傷會(huì)逐步發(fā)展，這稱為累積效應(yīng)。它會(huì)導(dǎo)致固體介質(zhì)擊穿電傷會(huì)逐步發(fā)展，這稱為累積效應(yīng)。它會(huì)導(dǎo)致固體介質(zhì)擊穿電壓的下降。壓的下降。5. 累積效應(yīng)累積效應(yīng)四四. 提高固體電介質(zhì)擊穿電壓的措施提高固體電介質(zhì)擊穿電壓的

22、措施1. 改進(jìn)制造工藝改進(jìn)制造工藝2. 改進(jìn)絕緣設(shè)計(jì)改進(jìn)絕緣設(shè)計(jì)3. 改善運(yùn)行條件改善運(yùn)行條件 清除雜質(zhì)、水分、氣泡；使介質(zhì)盡可能致密均勻清除雜質(zhì)、水分、氣泡；使介質(zhì)盡可能致密均勻 注意防潮、防塵；加強(qiáng)散熱注意防潮、防塵；加強(qiáng)散熱 采用合理的絕緣結(jié)構(gòu)；改進(jìn)電極形狀，使電場(chǎng)盡采用合理的絕緣結(jié)構(gòu)；改進(jìn)電極形狀，使電場(chǎng)盡可能均勻；改善電極與絕緣體的接觸狀態(tài)，消除可能均勻；改善電極與絕緣體的接觸狀態(tài)，消除接觸處的氣隙接觸處的氣隙五五. 絕緣老化絕緣老化 電氣設(shè)備的絕緣在運(yùn)行過程中受到電、熱、化電氣設(shè)備的絕緣在運(yùn)行過程中受到電、熱、化學(xué)和機(jī)械力的長(zhǎng)期作用，導(dǎo)致其物理、化學(xué)、電氣學(xué)和機(jī)械力的長(zhǎng)期作用，導(dǎo)致

23、其物理、化學(xué)、電氣和機(jī)械等性能的劣化，稱為絕緣的老化。和機(jī)械等性能的劣化，稱為絕緣的老化。 1. 電老化電老化 (電解電解,局部放電局部放電) 2. 熱老化熱老化 3. 固體介質(zhì)的機(jī)械應(yīng)力老化固體介質(zhì)的機(jī)械應(yīng)力老化 4. 固體介質(zhì)的環(huán)境老化固體介質(zhì)的環(huán)境老化 熱老化的熱老化的8規(guī)則規(guī)則4.4 組合絕緣的電氣強(qiáng)度組合絕緣的電氣強(qiáng)度一一. 介質(zhì)的組合原則介質(zhì)的組合原則組合目的：同時(shí)滿足電氣性能、機(jī)械性能、組合目的：同時(shí)滿足電氣性能、機(jī)械性能、熱性能的要求熱性能的要求配合原則：在外加電壓的作用下，組合絕緣中配合原則：在外加電壓的作用下，組合絕緣中各層絕緣所承受的電場(chǎng)強(qiáng)度與其電氣強(qiáng)度成正各層絕緣所承受

24、的電場(chǎng)強(qiáng)度與其電氣強(qiáng)度成正比，這樣整個(gè)組合絕緣的電氣強(qiáng)度最高，各種比，這樣整個(gè)組合絕緣的電氣強(qiáng)度最高，各種絕緣材料的利用最合理、最充分。絕緣材料的利用最合理、最充分。二二. “油屏障油屏障”式絕緣式絕緣以變壓器油為主要的絕緣介質(zhì)，在油隙中放置若干個(gè)屏障，以變壓器油為主要的絕緣介質(zhì)，在油隙中放置若干個(gè)屏障，廣泛用在電力變壓器、油斷路器、充油套管中。廣泛用在電力變壓器、油斷路器、充油套管中。三種不同的形式：覆蓋、絕緣層、屏障三種不同的形式：覆蓋、絕緣層、屏障1. 覆蓋覆蓋 緊緊包在小曲率半徑電極上的薄固體絕緣層稱為覆蓋緊緊包在小曲率半徑電極上的薄固體絕緣層稱為覆蓋作用：阻止雜質(zhì)小橋直接接觸電極，因

25、而能有效限制泄漏作用：阻止雜質(zhì)小橋直接接觸電極，因而能有效限制泄漏電流，從而阻礙雜質(zhì)小橋擊穿過程的發(fā)展。電流，從而阻礙雜質(zhì)小橋擊穿過程的發(fā)展。2. 絕緣層絕緣層 當(dāng)覆蓋的厚度增大到能分擔(dān)一定電壓時(shí)，即成為絕緣層，當(dāng)覆蓋的厚度增大到能分擔(dān)一定電壓時(shí)，即成為絕緣層，作用：像覆蓋層那樣減小雜質(zhì)的有害影響作用：像覆蓋層那樣減小雜質(zhì)的有害影響;降低電極表面附降低電極表面附近的最大電場(chǎng)強(qiáng)度近的最大電場(chǎng)強(qiáng)度3. 屏障屏障如果在油隙中放置尺寸較大、形狀與電極相適應(yīng)層壓紙板如果在油隙中放置尺寸較大、形狀與電極相適應(yīng)層壓紙板（筒）或?qū)訅翰及澹ㄍ玻┢琳希ㄍ玻┗驅(qū)訅翰及澹ㄍ玻┢琳献饔茫鹤璧K雜質(zhì)小橋的形成；攔住一部分帶

26、電粒子，使原作用：阻礙雜質(zhì)小橋的形成；攔住一部分帶電粒子，使原有電場(chǎng)變得比較均勻有電場(chǎng)變得比較均勻相鄰屏障的距離不能太小，屏障的總厚度也不能取得太大相鄰屏障的距離不能太小，屏障的總厚度也不能取得太大三三. 油紙絕緣油紙絕緣油紙絕緣是以固體介質(zhì)為主體的組合絕緣，液體只是用作油紙絕緣是以固體介質(zhì)為主體的組合絕緣，液體只是用作填充填充空隙的浸漬劑?？障兜慕n劑。廣泛用于電纜、電容器、電容式套管等電力設(shè)備中。廣泛用于電纜、電容器、電容式套管等電力設(shè)備中。缺點(diǎn)是：散熱條件差、易受污染、受潮。缺點(diǎn)是：散熱條件差、易受污染、受潮。四四. 組合絕緣中的電場(chǎng)分析組合絕緣中的電場(chǎng)分析1 . 均勻電場(chǎng)雙層介質(zhì)均勻電

27、場(chǎng)雙層介質(zhì)11E22EUd1d2d2211EE2211dEdEU)/(221111ddUE)/(221122ddUE212221)(ddUE12Edd不變，油紙絕緣中，令油紙絕緣中，令 代表油層參數(shù)，代表油層參數(shù)， 代表浸漬紙參數(shù)，浸漬紙的電氣強(qiáng)度比代表浸漬紙參數(shù)，浸漬紙的電氣強(qiáng)度比油大得多在交流電壓下，電壓按介電常數(shù)反比分配，油大得多在交流電壓下，電壓按介電常數(shù)反比分配，則則 ，電場(chǎng)分布不合理；，電場(chǎng)分布不合理；在直流電壓下，電壓按電導(dǎo)率反比分配，在直流電壓下，電壓按電導(dǎo)率反比分配，則則 ，電場(chǎng)分布合理，電場(chǎng)分布合理，同一根電纜在直流下的耐壓遠(yuǎn)高于交流耐壓（約同一根電纜在直流下的耐壓遠(yuǎn)高于交

28、流耐壓（約3倍）倍）111E、222E、1212,EE 1212,EE 2 . 分階絕緣分階絕緣分階絕緣是指由介電常數(shù)不同的多層介質(zhì)絕緣分階絕緣是指由介電常數(shù)不同的多層介質(zhì)絕緣構(gòu)成的組合絕緣構(gòu)成的組合絕緣分階原則是對(duì)越靠近纜芯的內(nèi)層絕緣選用介電分階原則是對(duì)越靠近纜芯的內(nèi)層絕緣選用介電常數(shù)越大的材料，以達(dá)到電場(chǎng)均勻化的目的。常數(shù)越大的材料，以達(dá)到電場(chǎng)均勻化的目的。0rRUERr0r0maxEminE單相圓芯均勻介質(zhì)電纜：?jiǎn)蜗鄨A芯均勻介質(zhì)電纜：0lnrRrUE 00maxlnrRrUE0rRUEav平均場(chǎng)強(qiáng)：平均場(chǎng)強(qiáng)：000maxlnrRrRrEEav利用系數(shù)：利用系數(shù)：0r2rRUERr0r2r012max2Emax1Emin2Emin1E2r分階半徑分階半徑：20rrr2202111ln1ln1rRrrrUE:2Rrr2202122ln1ln1rRrrrUE例題例題:用多層介質(zhì)計(jì)算絕緣材料中含氣泡時(shí)，氣泡用多層介質(zhì)計(jì)算絕緣材料中含氣泡時(shí)，氣泡 中電場(chǎng)增加的倍數(shù)。中電場(chǎng)增加的倍數(shù)。 設(shè)絕緣層的相對(duì)介電常數(shù)為設(shè)絕緣層的相對(duì)介電常數(shù)為 1；氣泡的；氣泡的相對(duì)介電相對(duì)介電 常數(shù)為常數(shù)為1 1；外加交流電壓為