液体、固体介质的绝缘强度讲义.pptVIP

3 固体电介质的击穿 3 固体电介质的击穿 3.1 固体电介质的击穿机理 3.2 影响固体介质击穿的因素和改进措施 什么是固体介质的击穿? 当作用在固体介质的电场强度超过某值时，在该介质内会形成导电通道，使固体介质破坏的现象，称为固体介质的击穿。 固体介质被击穿后，会出现裂缝、痕迹或形成漏电通道。 固体介质被击穿后，其绝缘性能不能自行恢复。因而称非自恢复绝缘。 在气、液、固三种电介质中，固体材料密度最大，耐电强度也最高。通常， 空气的耐电强度3kV/mm～4 kV/mm； 液体的耐电强度10kV/mm～20 kV/mm； 固体的耐电强度几十kV/mm～几百 kV/mm； 固体电介质的电气强度 在电场作用下，固体介质可能因以下过程而被击穿： 电过程（电击穿） t 0.2 s 热过程（热击穿） t0.2 s 电化学过程（电化学击穿） 数十小时 3.1 固体电介质的击穿机理 含义：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。 条件：在介质的电导很小，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。 电击穿的主要特征： ①与周围环境温度有关； ②击穿时间很短（10 μs～0.2s) ，击穿电压与时间无关； ③介质发热不显著； ④电场均匀程度对击穿有显著影响。 3.1.1 电击穿理论 视在功率： 介质损耗(有功损耗) 式中： —电源角频率； －功率因数角； －介质损耗角。 tgδ取决于材料的特性，与材料尺寸无关。 Ｐ与外施电压、电源角频率、试品几何电容、介质损失角正切tgδ有关； 当外施电压U一定时，对工频而言，ω一定，P仅与Cp和 tgδ有关，对一定结构的试品，Cp也为定值。因此，对同类试品，介质的有功损耗Ｐ的大小可以直接由tgδ决定。 并联电路： 通常， tgδ＜＜1，则有Cp≈Cs 串联电路： 1.3.2 有损介质的等值电路 实际上，电导损耗和极化损耗都同时存在介质等值电路可用三个并联支路表示 C0：反映电子式和离子式极化 Ca、ra：反映吸收电流，表示 有损极化 R：反映电导损耗，该支路流过 的电流为泄漏电流 C0 Ca ra R 电压、频率、温度 (1) 电压 当电场强度达到气体的放电起始电压U0时，气体中发生放电，这时损耗将急剧增大。当固体、液体介质中存在气泡，施加较高电压（UU0）， tgδ将增加，可检查出介质内部所存在的缺陷。（规程规定U=10kV） 1.3.3 影响介质损耗的因素 （2）温度 液体介质损耗主要由电导引起，极性液体介质的损耗tgδ与温度的关系如图所示。 在低温时，极化损耗和电导损耗都较小， 液体的粘度 ，偶极子转向极化 ，电导损耗 并在t＝t1时达到极大值； t 在t1tt2的范围内，由于分子热运动的增强妨碍了偶极子沿电场方向的有序排列，极化强度反而随温度的上升而减弱，由于极化损耗的减小 超过了电导损耗的增加 ，所以总的曲线随t的升高而下降 ，并在t=t2时达到极小值。 在tt2以后，由于电导损耗随温度急剧上升 、极化损耗不断减小 而退居次要地位，因而就随温度t的上升而持续增大 。 （3）频率 tgδ与温度的关系中还给出了频率f 对tgδ的影响，可见： f （ f 2f1） tgδ=f(f）曲线的形状不变，但曲线向右移动了一定距离。 这是因为频率增加时，偶极子不易充分转向，为使其充分转向 ，必须提高温度以减小粘度，故，t- tgδ曲线向右移动。 电介质的损耗 气体介质 ?损耗极小 ?常用来构成标准电容器 ?注意避免放电的发生 液体和固体电介质：损耗与介质的极性有关 非极性或弱极性 ?? 损耗决定于漏导 ?? 损耗小，tgδ约为10－4 ?? 代表性介质有聚乙烯、聚苯乙烯、硅橡胶、云母等 极性液体、固体和结构不紧密的离子性固体 ?? 损耗决定于漏导和极化损失 ?? 损耗和温度、频率等因素有关，关系复杂 讨论损耗的意义 选择绝缘：tgδ过大会引起绝缘介质严重发热，甚至导致热击穿。例如用蓖麻油制造的电容器就因为tgδ大，而仅限于直流或脉冲电压下使用，不能用于交流； 预防性试验中判断绝缘状况：如果绝缘受潮或劣化，tgδ将急剧上升，在预防试验中可通过tgδ～U 的关系曲线来判断是否发生局部放电； 均匀加热：当tgδ大的材料需加热时，可对材料加交流电压，利用材料本身介质损的发热。该方法加热非常均匀，如电瓷生产中对泥坯加热即用这种方法。 小 结