固体电介质的击穿

1 固体电介质的击穿

耐电强度，空气 液体 固体十几至几百 固体——击穿孔机过程复杂，击穿后不可恢复 一、 固体介质的击穿过程 1.固体电介质击穿特性划分 几种不同的击穿形式： ①电击穿：和气击穿相类似 ②热击穿：与整过程相互关系 ③电化学击穿：长时间——电老化 图4-19 电击穿和热击穿 油浸电工纸板（图4-20）时间短，电击穿，伏秒特性， 恒定，电击穿，时间↑——击穿电压下降，热击穿 电老化——数千小时，数年 图4-21聚乙烯，试验曲线，lt;to与温度无关，电击穿 to热击穿 to

转折湿度，不同材料不同 同一种材料，厚，介质损耗大，散热困难，to低，易热击穿 2.电击穿 电击穿理论——固体电介质中发生碰撞电离，少量传导电子在电场加速下与晶格特点上的原子碰撞，从面击穿两种碰撞电离理论——电子崩击穿理论。 点击穿特征：电压作用时间短，地击穿电压高，击穿电压和介质温度、散热条件、介质厚度频率等因素无关大局，与电场均匀程度关系极大，与介质特性有很大关系。并有累积效应，随冲击电压次数增多而下降。 3．热击穿：介质损耗使固体在电场中会发热升温，进而导致介质电阻下降，电位增大，发热增大，同时也存在一个通过电极及其他介质向外不断 2 散热过程，温度升高，电介质分解炭化，最终击穿。 图4-22 平板状电介质发热，散热因素，热击穿电压 H介质厚度，tk热击穿孔机临界温度 ①发热因素 ②散热因素 及 ③介质厚度h，分子分母都有不一定，加厚不一定有效（指热击穿） 4．电化学击穿（电老化） 电场长期作用下，使介质物理学，化学性能不不可逆的劣化，击穿。 （1）电离性老化 介质同夹层或介质内部如果存在气隙或气泡，在交变场下气泡的场强会比邻近固体介质内的场强大得多，而气体的起始电离场强又比固体介质低得多，所以在该气隙或气泡内很容易发生电离。后果不良——开裂，分层，电导和介质损耗增大，有机绝缘物分解，气体加入电离，腐化材料，造成电场畸变，局间过高电压，电离发展，临近绝缘物破坏（变酥，炭化）间隙发展，放电通道树枝状，电树枝。 过程与局部放电密切相关——局部放电水平作为绝缘质量的指标。 （2）电导性老化

电力科技　提高固体电介质击穿电压的方法　安会强　（青海省大柴旦镇饮马峡工业园区五彩碱业有限公司。青海大柴旦８１　６２００）　【摘要】文章介绍提高固体电介质击穿电压的方法。通过功　能概述、要点归纳，掌握提高固体电介质击穿电压常用方法和措施。　【关键词】介质击穿；绝缘　在强电场作用下，固体电介质丧失电绝缘能力而由绝缘状态突　变为良导电状态。导致击穿的最低临界电压称为击穿电压。均匀电　场中，击穿电压与固体电介质厚度之比称为击穿电场强度（简称击　穿场强，又称介电强度），它反映固体电介质自身的耐电强度。不均　匀电场中，击穿电压与击穿处固体电介质厚度之比称为平均击穿场　强，它低于均匀电场中固体电介质的介电强度。　１击穿形式　根据击穿的发展过程，固体电介质的击穿可分为３种形式：电击　穿、热击穿和电化学击穿，同一种电介质中发生何种形式的击穿，　取决于不同的外界因素　随着击穿过程中固体电介质内部的变化，　击穿过程可以从一种形式转变为另一种形式。　１．１电击穿　取决于固体电介质中碰撞电离的一种击穿形式　电场使电介质　中积聚起足够数量和足够能量的带电质点，导致电介质丧失绝缘性　能。对于电击穿有以下几种不同的理论解释：本征击穿、电子崩击　穿和电致机械应力击穿，通常以本征击穿代表电击穿，所以电击穿　有时又称本征击穿。本征击穿过程所需时间为１Ｏ一８ｓ数量级，击穿　场强大于１ＭＶ／ｃｍ。　１．２热击穿　在电场作用下，固体电介质承受的电场强度虽不足以发生电击　穿，但因电介质内部热量积累、温度过高而导致失去绝缘能力，从　而由绝缘状态突变为良导电状态。　１．３电化学击穿　在电场、温度等因素作用下，固体电介质发生缓慢的化学变化，　性能逐渐劣化，最终丧失绝缘能力，从而由绝缘状态突变为良导电　状态。电化学击穿过程包括两部分：因固体电介质发生化学变化而　引起的电介质老化；与老化有关的击穿过程。　固体电介质发生缓慢化学变化的原因多种多样。直流电压下，　固体电介质因离子电导而发生电解，结果在电极附近形成导电的金　属树枝状物，甚至从一个电极伸展到另一个电极。在电场作用下，　固体电介质内部的气泡中，或不同固体电介质之间的气隙或油隙中，　会发生局部放电。与固体电介质接触的电极边缘场强较强的局部区　域内如有气体或液体电介质，这里也会发生局部放电。局部放电的　长期作用会使固体电介质逐步损坏。　电场越强，温度越高，电压作用时间越长，固体电介质的化学　变化进行得越强烈，其性能的劣化也越严重。　固体电介质的化学变化通常使其电导增加，这会使固体电介质　的温度上升，因而电化学击穿的最终形式是热击穿。　影响因素影响固体电介质击穿电压的主要因素有：电场的不　均匀程度，作用电压的种类及施加的时间，温度，固体电介质性能、　结构，电压作用次数，机械负荷，受潮等。　２提高固体击穿电压的方法　（１）改进制造工艺，使介质可能做到均匀致密。　（２）改进绝缘设计，使电场分布均匀。　（３）改善绝缘的运行条件。　３提高固体击穿电压的具体措施　（１）通过精选材料、改善工艺、真空干燥、加强油浸（油、胶、　漆），以清除固体电介质中残留的杂质、气泡、水分等。　如电力电容器内部的浸渍剂主要作用是填充固体绝缘介质的空　隙，以提高介质的耐电强度，改善局部放电特性和增强散热冷却的　能力。由于电容器绝缘介质的工作电场强度较高，同时冷却条件较　差，因此对浸渍的技术性能要求较高。目前采用表面粗化薄膜，并　在高真空下浸渍而形成的全膜电容器已广泛应用。　纸绝缘电缆在运行过程中，由于黏性浸渍剂的热膨胀系数大，　在负荷、温度有变动体积改变明显，而铅铝护套受热后冷却难以恢　复原有尺寸，绝缘内部容易形成气隙。故黏性浸渍电缆仅适用于３５ＫＶ　以下交流系统。　更高电压的油纸电缆选用黏度较低的电缆油浸渍，并加以油压，　以减小油中气隙，提高绝缘强度。由于薄纸的电气强度高，通常包　缠用的纸带改用０．０４５￣０．０７５ｍｍ的薄纸来代替常用的０．１２ｍｍ厚的　电缆纸。随着绝缘材料的发展，用烷基苯等合成油来代替电缆油，　用薄膜一纤维合成纸来代替电缆纸。　（２）采取合理的绝缘结构。使各部分绝缘的耐电强度与其承受　的场强相匹配；改善电极形状及表面光洁度，是电场分布均匀：改　善电极与绝缘体的接触状态，消除接触触电的气隙或使接触处的气　隙不承受电位差，如用半导体漆。　带绝缘（总包绝缘）的三相交流电缆方式，电场属非同轴圆柱　分布，平行于纸层方向将出现较强的切线分量，从而容易出现滑闪　放电。故ＩＯＫＶ以上的三芯电缆不用带绝缘结构而改用分相铅包（或　屏蔽）的，若线芯及金属护层表面均光滑，其间绝缘层中的电场分　布近于同轴圆柱体电场，电场分布较为均匀。　交流１ＩＯＫＶ及以上的高压套管常用电容式套管，它是在导电杆　上包以多层绝缘纸构成，在层间按设计要求位置加有铝箔，以起到　均压作用。　油浸式变压器中常用的绝缘纸有两种：①电缆纸（通常用　Ｏ．０８　０．１２ｍｍ厚），主要用于导线绝缘、层间绝缘及弓Ｉ线绝缘等；②　更薄的电话纸和更柔软的皱纹纸有利于包紧出线头、引线等。绝缘　纸板常用作绕组间的垫块、隔板等，或制成绝缘简及对铁轭的角环　等。在电场很不均匀的区域，如对铁轭或高压引线绝缘，也采用由　纸浆制成合适形状的绝缘成型件，以改善电场分布，防止发生沿面　滑闪放电。通常变压器绕组与铁轭间的电场不如绕组中部均匀，故　高压进线布置在绕组中部，若需将高压引线（或自耦变压器的中压　引线）安置在绕组端部时，需要加进静电板以改善绕组近端部处的　电场分布。静电板是在绝缘环上用金属带包缠成一个具有较大曲率　半径的不闭合金属环，再包以很厚的绝缘层。　（３）在运行中，注意防止尘污、防潮和有害气体的侵蚀，加强　散热冷却，如自然通风、强迫通风、氢冷、油冷、水内冷等措施。　如油、纸绝缘的配合使用，可以弥补各自缺点，显著增强绝缘性能，　但纸纤维为多孔性的极性介质，极易吸收水分，即使经过干燥油浸　处理仍会吸潮。因此，在出厂前变压器内纤维的含水量应降低到　０．３％～Ｏ．５％，在现场如需吊芯，务必选择晴朗干燥天气，尽量缩短　暴露时间。对于长期停运的变压器再重新投入前，需检查是否受潮，　有时还可以先预热干燥后再投入运行。　参考文献：　…１电网公司高电压技术．　（上接第２８０页）　３．３转变经营管理理念，依法经营　第一，企业要用经济、法律手段规范自身的行为，改变先前的　行政化作风。当客户与企业发生经济纠纷时，要用法律手段化解矛　盾。第二，企业员工加强法律意识和法律观念，树立自我约束和自　我保护意识。第三，培养企业的法律人才，成立自己的执法队伍，　配合企业所在地的公安、司法部门对破坏电力设备、窃电、拖欠电　费等行为以法律方式对其进行处理。　４结语　总之，电力营销现代化建设涉及范围广，牵扯部门比较多。电　力企业在电力行业改革的大背景下，依托高新技术手段和管理理念，　建立先进的电力营销管理体系，进而解决供需矛盾，提高市场占有　率，促进电力企业的发展。　参考文献：　［１】纳音其木格．电力营销现代化建设现状与前景分析【『１．电子世　界．２０１３（０８）．　［２】孙江．电力系统现代化建设现状与前景分析Ⅱ］．科技与企业．２０１３　（１Ｏ）．　２０１４．０２　Ｉ　２８１

提高固体电介质击穿电压的方法

【摘 要】文章介绍提高固体电介质击穿电压的方法。通过功能概述、要点归纳，掌握提高固体电介质击穿电压常用方法和措施。

【关键词】介质击穿；绝缘

在强电场作用下，固体电介质丧失电绝缘能力而由绝缘状态突变为良导电状态。导致击穿的最低临界电压称为击穿电压。均匀电场中，击穿电压与固体电介质厚度之比称为击穿电场强度（简称击穿场强，又称介电强度），它反映固体电介质自身的耐电强度。不均匀电场中，击穿电压与击穿处固体电介质厚度之比称为平均击穿场强，它低于均匀电场中固体电介质的介电强度。

1 击穿形式

根据击穿的发展过程，固体电介质的击穿可分为3种形式：电击穿、热击穿和电化学击穿，同一种电介质中发生何种形式的击穿，取决于不同的外界因素。随着击穿过程中固体电介质内部的变化，击穿过程可以从一种形式转变为另一种形式。

1.1 电击穿

取决于固体电介质中碰撞电离的一种击穿形式。电场使电介质中积聚起足够数量和足够能量的带电质点，导致电介质丧失绝缘性能。对于电击穿有以下几种不同的理论解释：本征击穿、电子崩击穿和电致机械应力击穿，通常以本征击穿代表电击穿，所以电击穿有时又称本征击穿。本征击穿过程所需时间为10-8s数量级，击穿场强大于1MV/cm。

1.2 热击穿

在电场作用下，固体电介质承受的电场强度虽不足以发生电击穿，但因电介质内部热量积累、温度过高而导致失去绝缘能力，从而由绝缘状态突变为良导电状态。

1.3 电化学击穿

在电场、温度等因素作用下，固体电介质发生缓慢的化学变化，性能逐渐劣化，最终丧失绝缘能力，从而由绝缘状态突变为良导电状态。电化学击穿过程包括两部分：因固体电介质发生化学变化而引起的电介质老化；与老化有关的击穿过程。

固体电介质发生缓慢化学变化的原因多种多样。直流电压下，固体电介质因离子电导而发生电解，结果在电极附近形成导电的金属树枝状物，甚至从一个电

极伸展到另一个电极。在电场作用下，固体电介质内部的气泡中，或不同固体电介质之间的气隙或油隙中，会发生局部放电。与固体电介质接触的电极边缘场强较强的局部区域内如有气体或液体电介质，这里也会发生局部放电。局部放电的长期作用会使固体电介质逐步损坏。

热击穿

一、定义：

热击穿为固体电介质击穿的一种形式。击穿电压随温度和电压作用时间的延长而迅速下降,这时的击穿过程与电介质中的热过程有关,称为热击穿。

热击穿的本质是处于电场中的介质，由于其中的介质损耗而产生热量，就是电势能转换为热量，当外加电压足够高时，就可能从散热与发热的热平衡状态转入不平衡状态，若发出的热量比散去的多，介质温度将愈来愈高，直至出现永久性损坏，这就是热击穿。

编辑本段二、性质：

电介质在电场作用下，由于漏电流、电损耗或孔隙局部气体电离放电产生放热，材料温度逐步升高，随着时间延续，积热增多，当达到一定温度时，材料即行开裂、玻璃化或熔化，绝缘性能被破坏而导致击穿的现象。这是介质材料常见的破坏原因之一。热击穿与介质的导致系数、强度、内部缺陷、掺杂物（杂质）、气孔、形状及散热条件等多种因素有关。 固体电介质的击穿有电击穿、热击穿、电化学击穿、放电击穿等形式。绝缘结构发生击穿，往往是电、热、放电、电化学等多种形式同时存在，很难截然分开。一般来说，在采用tanδ值大、耐热性差的电介质的低压电气设备，在工作温度高、散热条件差时，热击穿较为多见。而在高压电气设备中，放电击穿的概率就大些。脉冲电压下的击穿一般属于电击穿。当电压作用时间达数十小时乃至数年时，大多数属于电化学击穿。

编辑本段三、热击穿的形成

电极间介质在一定外加电压作用下，其中不大的电导最初引起较小的电流。电流的焦耳热使样品温度升高。但电介质的电导会随温度迅速变大而使电流及焦耳热增加。若样品及周围环境的散热条件不好，则上述过程循环往复，互相促进，最后使样品内部的温度不断升高而引起损坏。在电介质的薄弱处热击穿产生线状击穿沟道。击穿电压与温度有指数关系，与样品厚度成正比；但对于薄的样品，击穿电压比例于厚度的平方根。热击穿还与介质电导的非线性有关，当电场增加时电阻下降，热击穿一般出现于较高环境温度。在低温下出现的是另一种类型的电击穿。