掌握不同因素對(duì)固體電介質(zhì)擊穿電壓的影響結(jié)果

【模塊描述】本模塊介紹影響固體電介質(zhì)擊穿電壓的因素。通過(guò)定性分析，掌握不同因素對(duì)固體電介質(zhì)擊穿電壓的影響結(jié)果。

【正文】

影響固體電介質(zhì)擊穿電壓的因素有電壓作用時(shí)間，電場(chǎng)均勻程度、溫度、受潮、累積效應(yīng)、電壓種類(lèi)和機(jī)械負(fù)荷。

1.電壓作用時(shí)間

固體電介質(zhì)的擊穿形式與電壓作用時(shí)間密切相關(guān)，如圖TYBZ01403003-1所示。如果電壓作用時(shí)間很短(例如0.1s以下)，固體介質(zhì)的擊穿往往是電擊穿，擊穿電壓也較高；電壓作用時(shí)間達(dá)數(shù)小時(shí)才引起擊穿，則熱擊穿往往起主要作用；電壓作用時(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)十小時(shí)甚至幾年才發(fā)生擊穿時(shí)，大多屬于電化學(xué)擊穿的范疇。電擊穿和熱擊穿有時(shí)很難分清，例如在工頻交流1min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。

隨著電壓作用時(shí)間的增長(zhǎng)，擊穿電壓將下降。圖TYBZ01403003-2為油浸電工紙板擊穿電壓與電壓作用時(shí)間的關(guān)系。

2.電場(chǎng)均勻程度

處于均勻電場(chǎng)中的固體介質(zhì)，其擊穿電壓往往較高，且隨介質(zhì)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。

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(guò)真空干燥、真空浸油或浸漆處理，則擊穿電壓可明顯提高。

3.溫度

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(wú)關(guān)。超過(guò)某個(gè)溫度后將發(fā)生熱擊穿，溫度越高熱擊穿電壓越低；如果其周?chē)劫|(zhì)的溫度也高，且散熱條件又差，熱擊穿電壓更低。因此，以固體介質(zhì)作絕緣材料的電氣設(shè)備，如果某處局部溫度過(guò)高，在工作電壓下即有熱擊穿的危險(xiǎn)。

不同的固體介質(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)為熱擊穿的臨界溫度一般也是不同的。

4. 受潮

受潮對(duì)固體介質(zhì)擊穿電壓的影響與材料的性質(zhì)有關(guān)。

對(duì)不易吸潮的材料，如果乙烯、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：對(duì)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時(shí)的百分之幾或更低，這是因電導(dǎo)率和介質(zhì)損耗大大增加的緣故。所以高壓絕緣結(jié)構(gòu)在制造時(shí)要注意除去水分，在運(yùn)行中要注意防潮，并定期檢查受潮情況。

5.累積效應(yīng)

由于固體介質(zhì)的絕緣損傷是不可恢復(fù)的，并具有累積效應(yīng)。顯然，它會(huì)導(dǎo)致固體介質(zhì)擊穿電壓的下降。因此，對(duì)這些電氣設(shè)備進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，加電壓的次數(shù)和試驗(yàn)電壓值應(yīng)考慮這種累積效應(yīng)，而在設(shè)計(jì)固體絕緣結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)保證一定的絕緣裕度。

6. 電壓種類(lèi)

沖擊擊穿電壓比工頻峰值擊穿電壓高。直流電壓下固體介質(zhì)損耗小，直流擊穿電壓比工頻峰值擊穿電壓高。高頻下局部放電嚴(yán)重，發(fā)熱嚴(yán)重，其擊穿電壓低。

7.機(jī)械負(fù)荷

機(jī)械應(yīng)力可能造成絕緣材料開(kāi)裂、松散、使擊穿電壓降低。在運(yùn)行中，由于長(zhǎng)期受高溫作用，絕緣材料特別是紙(或布)纖維、塑料等有機(jī)材料很容易劣化變脆，機(jī)械強(qiáng)度強(qiáng)烈下降。所以電力設(shè)備要注意散熱，避免過(guò)負(fù)荷運(yùn)行。

【思考與練習(xí)】

1.電壓作用時(shí)間對(duì)固體介質(zhì)的擊穿有何影響？

2.電壓種類(lèi)對(duì)對(duì)固體介質(zhì)的擊穿有何影響？

3.為什么固體介質(zhì)的擊穿電壓與其厚度不成正比？