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第四章 固体、液体和组合绝缘的电气强度 二、电压作用时间的影响 100 Ub(kV) t(μs) 102 104 106 80 160 240 320 0 d =64 =152 d=6.35mm d=25.4mm ☆油隙的击穿电压会随着电压作用时间的增加而下降，外加电压时间还会影响油的击穿性质。如图电压作用时间为数百微秒前，杂质的影响没有显示出来，为电击穿。这时影响因素主要是电场均匀度。时间更长，杂质开始聚集，油隙的击穿开始出现热过程，为热击穿。 * ★三态电介质的耐电特性 √普遍规律：任何介质的击穿总是从电气性能最薄弱的缺陷处发展起来的，这里的缺陷可指电场的集中，也可指介质的不均匀性。 √击穿特性： ●一般情况下，在气、固、液三种电介质中，固体密度最大，耐电强度也最高。 ●固体电介质的击穿过程最复杂，且击穿后是唯一非自恢复的绝缘。 √电气强度： ??●空气：一般在30～40kV/cm ??●液体：一般在100～200kV/cm ??●固体：一般几百～几千kV/cm §4-1 固体电介质击穿的机理 在电场的作用下，固体介质的击穿可能因电过程、热过程和电化学过程而引起。 实际电气设备中的固体介质击穿过程是错综复杂的，它不仅取决于介质本身的特性，还与绝缘结构型式、电场均匀性、外加电压波形和加电压时间以及工作环境（周围媒质的温度及散热条件）等多种因素有关，因此要用多种理论来说明其击穿过程。 常用的有机绝缘材料在工作电压作用下，会产生电离、老化等过程，从而使其电气强度大幅度下降。因此，对这类绝缘材料或绝缘结构，不仅要注意其短时耐电特性，而且要重视它们在长期工作电压作用下的耐电性能。 √固体电介质击穿特性的划分（四个区域） ??●区域A： 10μs， 电击穿 ●区域B： 10 μs～0.2s， 电击穿 ??●区域C：0.2s， 热击穿 ??●区域D： 数十小时， 电化学击穿 电工纸板的击穿电压与电压 作用时间的关系 一、电击穿 电击穿的建立：电击穿理论是建立在固体电介质中发生碰撞电离基础上的，固体电介质中存在的少量传导电子，在电场加速下与晶格结点上的原子碰撞电离，传导电子数迅速增多，引起电子崩，从而击穿。 在介质的电导（或介质损耗）很小、又有良好的散热条件以及介质内部不存在局部放电的情况下，固体介质的击穿通常为电击穿，其击穿场强可达105~106kV/m，比热击穿时的击穿场强高很多，后者仅为103~104kV/m。 固体介质的电击穿是指仅仅由于电场的作用而直接使介质破坏并丧失绝缘性能的现象。 √电击穿的影响因素 ●时间影响：电压作用时间短，击穿电压高。 ●介质特性：如果介质内含气孔或其它缺陷，对电场造成畸变，导致介质击穿电压降低。 ●电场均匀度：电场的均匀程度影响极大。 ●累积效应：在极不均匀电场及冲击电压作用下，介质有明显的不完全击穿现象，不完全击穿导致绝缘性能逐渐下降的效应称累积效应。介质击穿电压会随冲击电压施加次数的增多而下降。 ●无关因素：电击穿电压和介质温度、散热条件、介质厚度、频率等因素都无关。 二、热击穿 √热击穿的发展过程：热击穿是由于固体介质内热不稳定过程造成的。当固体介质较长期地承受电压的作用时，会因介质损耗而发热，与此同时也向周围散热，如果周围环境温度低，散热条件好，发热与散热将在一定条件下达到平衡，这时固体介质处于热稳定状态，介质温度不会不断上升而导致绝缘的破坏。但是，如果发热大于散热，介质温度将不断上升，导致介质分解、熔化、炭化或烧焦，从而发生热击穿。 √热击穿的击穿电压与温度关系显著 ?? ●在B范围内：热击穿，击穿电压随温度增加而下降。 ??●在A范围内：电击穿，击穿电压和介质温度无关。 √热击穿的理论分析 ??●电介质发热曲线1,2,3对应于电压U1＞U2＞U3 ●直线4散出的热量Q与介质中温度tm的关系 ??●称ta为稳定热平衡点 ●称tb为不稳定热平衡点 √热击穿的特点 ●受周围媒质温度的影响：t0升高热击穿电压下降。 ●与绝缘厚度的关系：热击穿电压随绝缘厚度的增加 而降低。 ●导热系数、散热系数增大，击穿电压上升。 ●f或tanδ增大会造成发热增加，使曲线1、2、3上 移，临界击穿电压下降。 三、电化学击穿 √电化学击穿的概念 固体介质在长期工作电压的作用下，由于介质内部发生局部放电等原因，使绝缘发生不可逆劣化、电气强度逐步下降并引起击穿的现象称为电化学击穿。在临近最终击穿阶段，可能因劣化处温度过高而以热击穿