固体液体和组合绝缘的电气强度课件.ppt

1、第四章第四章 固体、液体和组合绝缘的电气强度固体、液体和组合绝缘的电气强度2普遍规律普遍规律：任何介质的击穿总是从电气性能最薄：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，所谓的缺陷可以指电场弱的缺陷处发展起来的，所谓的缺陷可以指电场的集中，也可指介质的不均匀性。的集中，也可指介质的不均匀性。击穿特性击穿特性：一般情况下，在气、液、固三种电介质中，固体密度一般情况下，在气、液、固三种电介质中，固体密度最大，耐电强度也最高。最大，耐电强度也最高。耐电强度耐电强度:空气一般在空气一般在 34 kV/mm;液体一般在液体一般在1020 kV/mm;固体一般在十几几百固体一般在十几几百 kV

2、/mm固体电介质的击穿过程最复杂，且击穿后是唯一不可固体电介质的击穿过程最复杂，且击穿后是唯一不可恢复的绝缘。恢复的绝缘。4-1 固体介质的击穿固体介质的击穿 33固体介质击穿特性曲线固体介质击穿特性曲线4区域区域A：击穿时间小于击穿时间小于10 s 的区域，此范围内的区域，此范围内击穿电压随击穿时间的击穿电压随击穿时间的缩短而提高。类似于气缩短而提高。类似于气体介质击穿的伏秒特性。体介质击穿的伏秒特性。区 域区 域 B：击 穿 时 间 在击 穿 时 间 在10 0.2 s范围的区域，范围的区域，此范围内击穿电压恒定，此范围内击穿电压恒定，与时间无关。与时间无关。这两个区域内的击穿这两个区域内

3、的击穿都具有电击穿的性质都具有电击穿的性质4区域B区域A区域Cssmin278h5015.310010-1 1 101 102 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012时间（s）500450400350300250200150100500击穿电压为一分钟耐压的百分比数（）电工纸板的击穿电压电工纸板的击穿电压与电压作用时间的关系与电压作用时间的关系 51 电击穿电击穿固体介质的电击穿是指仅仅由于电场的作用而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，电击穿过直接使介质破坏并丧失绝缘性能的现象，电击穿过程与气体中相似，程与

4、气体中相似，碰撞电离形成电子崩碰撞电离形成电子崩，固体电介，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，当点上的原子碰撞，当电子崩足够强时破坏介质晶格电子崩足够强时破坏介质晶格结构导致击穿结构导致击穿。在介质的电导很小，又有良好的散热条件以及在介质的电导很小，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。穿通常为电击穿。6电击穿的主要特征：电击穿的主要特征：击穿电压高，击穿时间短；击穿电压高，击穿时间短；与周围环境温度无关；与周围环境温度无关；除时

5、间很短的情况，与电压作用时间关系不大；除时间很短的情况，与电压作用时间关系不大；介质发热不显著；介质发热不显著；电场均匀程度对击穿有显著影响；电场均匀程度对击穿有显著影响；体积效应：体积效应：击穿场强数据分散性很大，与材料不击穿场强数据分散性很大，与材料不均匀性有关。加大试样的面积或体积，使材料弱均匀性有关。加大试样的面积或体积，使材料弱点出现的概率增大，会使击穿场强降低。点出现的概率增大，会使击穿场强降低。7累积效应累积效应:固体介质在冲击电压多次作用下，其击固体介质在冲击电压多次作用下，其击穿电压有可能低于单次冲击作用时的值穿电压有可能低于单次冲击作用时的值。因为固体因为固体介质为非自恢复

6、绝缘，如每次冲击电压下介质发生介质为非自恢复绝缘，如每次冲击电压下介质发生部分损伤，则多次作用下部分损伤会扩大而导致击部分损伤，则多次作用下部分损伤会扩大而导致击穿。穿。有累积效应基本无累积效应 有机材料有机材料玻璃、云母等玻璃、云母等无机材料无机材料固体介质冲击电压试验时的累积效应固体介质冲击电压试验时的累积效应82 热击穿热击穿绝缘介质在电场作用下，绝缘介质在电场作用下，会因电导电流和介质极化引起介会因电导电流和介质极化引起介质损耗，使介质发热。质损耗，使介质发热。介质电导率随温度的升高而急剧增大，介质电导率随温度的升高而急剧增大，因此介质的发热因温度的升高而增加。如果介质中产生的热量因此

7、介质的发热因温度的升高而增加。如果介质中产生的热量总是大于散热，则温度不断上升，以致引起电介质分解、熔化、总是大于散热，则温度不断上升，以致引起电介质分解、熔化、炭化或烧焦，造成材料的热破坏而导致击穿，这一过程称电介炭化或烧焦，造成材料的热破坏而导致击穿，这一过程称电介质的热击穿过程。质的热击穿过程。T G I TU I tan TU较小时，在绝缘能够耐受的温度下达到热平衡，否则达到较小时，在绝缘能够耐受的温度下达到热平衡，否则达到破坏温度。破坏温度。持续电压作用下，有足够的时间到达稳态。持续电压作用下，有足够的时间到达稳态。9介质发热（曲线介质发热（曲线1，2，3）及散热（曲线）及散热（曲线

8、4）与介质温度的关系）与介质温度的关系 U1 U2 U3 发热曲线3与散热曲线有两个交点，即热平衡点Ta和Tc。Ta稳定，Tc不稳定 曲线2与曲线4相切，只有一个热平衡点Tb，但不稳定。U2是临界热击穿电压，Tb则是热击穿的临界温度 根本不存在热平衡点，必然发生热击穿 10热击穿的主要特征：热击穿的主要特征：击穿电压较低，击穿时间较长；击穿电压较低，击穿时间较长；击穿电压与环境温度、周围媒质的散热能力和击穿电压与环境温度、周围媒质的散热能力和散热条件有关；散热条件有关；击穿电压与电压作用时间有关；击穿电压与电压作用时间有关；击穿电压与频率有关：击穿电压与频率有关：击穿电压与介质本身的耐热能力有

9、关；击穿电压与介质本身的耐热能力有关；击穿电压与介质尺寸有关。击穿电压与介质尺寸有关。2tantanPQUC113 电化学击穿电化学击穿 机理：机理：介质劣化的结果介质劣化的结果 局部放电局部放电使介质引起化学离解，形成使介质引起化学离解，形成通道，这些树枝状通道，随时间推移不通道，这些树枝状通道，随时间推移不断伸长，使绝缘进一步劣化，最终发展到整断伸长，使绝缘进一步劣化，最终发展到整个电介质击穿。个电介质击穿。特点：特点：击穿由绝缘性能下降引起，比电击穿击穿由绝缘性能下降引起，比电击穿和热击穿电压低，可以在工作电压下发生。和热击穿电压低，可以在工作电压下发生。1212电介质中的树枝老化13局

10、部放电的危害：局部放电的危害：13放电过程产生的活性气体放电过程产生的活性气体O3、NO、NO2等对等对介质的氧化、腐蚀作用介质的氧化、腐蚀作用放电过程有带电粒子撞击介质，引起局部温放电过程有带电粒子撞击介质，引起局部温升，加速介质氧化并升，加速介质氧化并带电粒子的撞击还可能切断分子结构，导致带电粒子的撞击还可能切断分子结构，导致介质破坏介质破坏 局放对有机介质的影响尤为显著。局放对有机介质的影响尤为显著。141.电压作用时间电压作用时间2.电场均匀程度与介质厚度电场均匀程度与介质厚度3.温度温度4.受潮受潮5.累积效应累积效应4-2 影响固体介质击穿电压的因素影响固体介质击穿电压的因素15t

11、Ub。1min击穿电压与击穿电压与长时间的击穿电压差不多。长时间的击穿电压差不多。所以所以通常用通常用1min工频试验工频试验电压估计固体介质的热击电压估计固体介质的热击穿电压穿电压。1、电压作用时间、电压作用时间浸油电工纸板的击穿电压浸油电工纸板的击穿电压与电压作用时间的关系与电压作用时间的关系16 如果如果电压作用时间很短电压作用时间很短（例如（例如0.1s以下），以下），固体介质的击穿固体介质的击穿往往是电击穿往往是电击穿，击穿电压较高。，击穿电压较高。随着随着电压作用时间的增长，击穿电压将下降电压作用时间的增长，击穿电压将下降，如果在加电压后如果在加电压后数分钟到数小时才引起击穿数分钟

12、到数小时才引起击穿，则，则热击穿热击穿往往起主要作用。往往起主要作用。工频交流工频交流1min耐压试验中试品被击穿，常常耐压试验中试品被击穿，常常是是电和热双重作用的结果电和热双重作用的结果。17 许多有机绝缘材料的短时间电气强度很高，许多有机绝缘材料的短时间电气强度很高，但它们耐局部放电的性能往往很差，以致长时但它们耐局部放电的性能往往很差，以致长时间电气强度很低间电气强度很低，这一点必须予以重视。，这一点必须予以重视。在那些不可能用油浸等方法来消除局部放在那些不可能用油浸等方法来消除局部放电的绝缘结构中（例如旋转电机），就必须采电的绝缘结构中（例如旋转电机），就必须采用云母等耐局部放电性能

13、好的无机绝缘材料。用云母等耐局部放电性能好的无机绝缘材料。18 电击穿与温度无关，这时的击穿场强很高；电击穿与温度无关，这时的击穿场强很高；环境温度越高、散热越差（厚度），热击穿电压环境温度越高、散热越差（厚度），热击穿电压越低；越低；2、温度、温度工频电压下电瓷的击穿电压与温度的关系工频电压下电瓷的击穿电压与温度的关系临界温度临界温度t0不是该固不是该固体介质固有的物理常体介质固有的物理常数，而是数，而是随固体介质随固体介质的厚度、冷却条件和的厚度、冷却条件和所加电压等因素而变所加电压等因素而变化化。19（3)3)电场均匀程度电场均匀程度均匀电中均匀电中，击穿电压较高，击穿电压较高，而且击穿

14、电压随介质厚度的而且击穿电压随介质厚度的增加呈线性关系上升；增加呈线性关系上升；不均匀电场中不均匀电场中，击穿电压不，击穿电压不随介质厚度的增加呈线性上随介质厚度的增加呈线性上升，可能会出现热击穿，因升，可能会出现热击穿，因此，介质厚度达到一定程度此，介质厚度达到一定程度后，厚度再增加对提高击穿后，厚度再增加对提高击穿电压意义不大。电压意义不大。1920 4、电压种类、电压种类直流击穿电压：高于工频交流击穿电压，因为仅直流击穿电压：高于工频交流击穿电压，因为仅有电导损耗有电导损耗工频交流击穿电压：高于高频交流击穿电压，因工频交流击穿电压：高于高频交流击穿电压，因为极化损耗高为极化损耗高冲击击穿

15、电压：高于工频交流击穿电压冲击击穿电压：高于工频交流击穿电压 同一根电缆的直流耐压约为交流耐压的同一根电缆的直流耐压约为交流耐压的3倍。倍。21 固体电介质受潮后其固体电介质受潮后其击穿电压的下降程度与材料击穿电压的下降程度与材料的吸水性有关的吸水性有关。对对不易吸潮不易吸潮的电介质，的电介质，受潮后击穿电压下降一半受潮后击穿电压下降一半左右左右，例如聚四氟乙烯、聚乙烯等中性介质例如聚四氟乙烯、聚乙烯等中性介质；对易吸潮对易吸潮的电介质，的电介质，受潮后击穿电压仅为干燥时受潮后击穿电压仅为干燥时的几百分之一，的几百分之一，如纸、棉纱等纤维材料如纸、棉纱等纤维材料。注意：注意：高压电气设备高压电

16、气设备的绝缘在制造时应注意烘干，的绝缘在制造时应注意烘干，在运行中要注意防潮在运行中要注意防潮，并定期检查受潮情况。，并定期检查受潮情况。5、受潮、受潮22 在弹性形变范围在弹性形变范围内，其击穿电压变化不大。内，其击穿电压变化不大。当绝缘结构承受较大的机械负荷，当绝缘结构承受较大的机械负荷，使材料出现使材料出现开裂或微观裂缝时，击穿电压将显著下降开裂或微观裂缝时，击穿电压将显著下降。有机固体电介质在长期运行中因热、化学等作有机固体电介质在长期运行中因热、化学等作用而逐渐发脆，遇到较大的机械应力时就可能裂开或用而逐渐发脆，遇到较大的机械应力时就可能裂开或松散，如在这些裂缝中充有污浊物或受潮后，

17、击穿电松散，如在这些裂缝中充有污浊物或受潮后，击穿电压下降更多压下降更多.6、机械负荷影响、机械负荷影响23 固体电介质属于非自恢复绝缘固体电介质属于非自恢复绝缘，在极不均匀，在极不均匀电场中，当作用在固体介质上的电压为幅值较低电场中，当作用在固体介质上的电压为幅值较低或作用时间较短的冲击电压时，会使绝缘产生一或作用时间较短的冲击电压时，会使绝缘产生一定程度的损伤，那么在多次施加同样电压时，定程度的损伤，那么在多次施加同样电压时，绝绝缘的损伤会逐步积累缘的损伤会逐步积累，其击穿电压也会降低其击穿电压也会降低。7、累积效应、累积效应注意：注意：在确定电气设备试验电压和试验次数时都在确定电气设备试

18、验电压和试验次数时都需要注意此累积效应，设计中要保证一定的绝缘需要注意此累积效应，设计中要保证一定的绝缘裕度。裕度。1.改进绝缘设计改进绝缘设计：如采取合理的绝缘结构，使各部分绝缘的耐电强如采取合理的绝缘结构，使各部分绝缘的耐电强度能与共所承担的场强有适当的配合；度能与共所承担的场强有适当的配合；改善电极形状及表面光洁度，尽可能使电场分布改善电极形状及表面光洁度，尽可能使电场分布均匀，把边缘效应减到最小；均匀，把边缘效应减到最小；改善电极与绝缘体的接触状态，消除接触处的气改善电极与绝缘体的接触状态，消除接触处的气隙或使接触处的气隙不承受电位差。隙或使接触处的气隙不承受电位差。4-34-3 提高

19、固体击穿电压的方法提高固体击穿电压的方法2.2.改进制造工艺改进制造工艺：尽可能地清除固体电介质中残留的杂质、气泡、水分等，尽可能地清除固体电介质中残留的杂质、气泡、水分等，使固体介质尽可能做得均匀致密。这可以通过精选材料、改使固体介质尽可能做得均匀致密。这可以通过精选材料、改善工艺、真空干燥、加强浸渍等方法来实现。善工艺、真空干燥、加强浸渍等方法来实现。3.3.改善运行条件改善运行条件：如注意防潮，防止尘污和各种有害气体的侵蚀，加强散如注意防潮，防止尘污和各种有害气体的侵蚀，加强散热冷却。热冷却。264-4 绝缘的老化绝缘的老化 电气设备中的绝缘材料在运行过程中电气设备中的绝缘材料在运行过程

20、中，由于受到，由于受到各种因素的长期作用，会发生一系列不可逆的变化，各种因素的长期作用，会发生一系列不可逆的变化，从而导致其从而导致其物理、化学、机械和电气等性能的劣化物理、化学、机械和电气等性能的劣化，这种不可逆的变化称为绝缘的老化这种不可逆的变化称为绝缘的老化。促使绝缘老化的因素：促使绝缘老化的因素：（1）物理因素：电、热、光、机械力等；）物理因素：电、热、光、机械力等；（2）化学因素：氧气、臭氧、盐雾、酸、碱、潮湿等；）化学因素：氧气、臭氧、盐雾、酸、碱、潮湿等；（3）生物因素：微生物、霉菌等。）生物因素：微生物、霉菌等。27 也称大气老化，包括光氧老化、臭氧老化、盐也称大气老化，包括光

21、氧老化、臭氧老化、盐雾酸碱等污染性化学老化。对有机绝缘物，环境老雾酸碱等污染性化学老化。对有机绝缘物，环境老化尤为显著。化尤为显著。太阳光到达地面时，紫外光辐射仍很强烈。若太阳光到达地面时，紫外光辐射仍很强烈。若有机绝缘物吸收的紫外线能量大于其化学键的电离有机绝缘物吸收的紫外线能量大于其化学键的电离能，则键断裂，造成老化能，则键断裂，造成老化。当存在氧气或臭氧时，。当存在氧气或臭氧时，还会引发高分子的氧化降解反应，称为还会引发高分子的氧化降解反应，称为光氧化反应光氧化反应。1、环境老化、环境老化28 在高压电气装置的某些部分，常存在不同程度在高压电气装置的某些部分，常存在不同程度的电晕或局部放

22、电，此处的臭氧含量较高。的电晕或局部放电，此处的臭氧含量较高。臭氧与臭氧与某些有机绝缘物相互作用，可生成氧化物或过氧化某些有机绝缘物相互作用，可生成氧化物或过氧化物，导致主键断裂，造成老化物，导致主键断裂，造成老化。含有酸、碱、盐类成分的污秽尘埃与雨、露、含有酸、碱、盐类成分的污秽尘埃与雨、露、雪、霜结合对绝缘物有腐蚀作用。雪、霜结合对绝缘物有腐蚀作用。延缓环境老化的方法延缓环境老化的方法：改善绝缘材料本身的性：改善绝缘材料本身的性能。如在材料中加光稳定剂（反射或吸收紫外线）、能。如在材料中加光稳定剂（反射或吸收紫外线）、抗氧化剂以及使用防护腊等。此外应注意加强高压抗氧化剂以及使用防护腊等。此

23、外应注意加强高压电气设备的防晕、防局部放电的措施。电气设备的防晕、防局部放电的措施。29 电介质在电场的长期作用下，其物理、化学性能电介质在电场的长期作用下，其物理、化学性能发生劣化，导致其耐电强度降低的现象，称为电老化。发生劣化，导致其耐电强度降低的现象，称为电老化。介质电老化的主要原因是介质中的介质电老化的主要原因是介质中的局部放电局部放电。2、电老化、电老化局部放电引起固体介质腐蚀、老化、损坏的原因有：局部放电引起固体介质腐蚀、老化、损坏的原因有：局部电场畸变。使局部介质承受过高的电压；局部电场畸变。使局部介质承受过高的电压；带电质点撞击气泡壁，造成绝缘物分解；带电质点撞击气泡壁，造成绝

24、缘物分解；化学腐蚀。气隙电离产生化学腐蚀。气隙电离产生O3、NO、NO2等气体，等气体，遇水会产生硝酸或亚硝酸，对绝缘材料和金属有遇水会产生硝酸或亚硝酸，对绝缘材料和金属有氧化和腐蚀作用；氧化和腐蚀作用；30 在局部放电区，产生高能辐射线，引起材料分解；在局部放电区，产生高能辐射线，引起材料分解；局部温度升高。造成热裂解，气隙膨胀而使固体局部温度升高。造成热裂解，气隙膨胀而使固体绝缘开裂、分层、脱壳，且使该部分绝缘的电导绝缘开裂、分层、脱壳，且使该部分绝缘的电导和介质损耗增加。和介质损耗增加。直流电压下的局部放电直流电压下的局部放电较交流电压下的弱较交流电压下的弱31交流电压下：每半周至少发生

25、两次局部放电交流电压下：每半周至少发生两次局部放电。直流电压下：当气隙中的场强大于放电起始场强时，虽直流电压下：当气隙中的场强大于放电起始场强时，虽然也发生局部放电，但由此生成的然也发生局部放电，但由此生成的正、负离子在电场作用下运正、负离子在电场作用下运动到气隙壁上形成与外施电场相反的空间电荷电场。空间电荷动到气隙壁上形成与外施电场相反的空间电荷电场。空间电荷电场使气隙中的合成场强下降电场使气隙中的合成场强下降，放电可能熄灭。待气隙中的离，放电可能熄灭。待气隙中的离子经过气隙表面的电导互相中和后，气隙中的场强又提高到放子经过气隙表面的电导互相中和后，气隙中的场强又提高到放电起始场强，才发生第

26、二次放电。由于气隙表面漏导很小，离电起始场强，才发生第二次放电。由于气隙表面漏导很小，离子的中和需要较长时间（常以秒计），因此直流电压作用下局子的中和需要较长时间（常以秒计），因此直流电压作用下局部放电的危害较交流时小。部放电的危害较交流时小。32 各种绝缘材料耐局部放电的性能有很大差别：各种绝缘材料耐局部放电的性能有很大差别：云母、玻璃纤维等无机材料有很好的耐局部放电云母、玻璃纤维等无机材料有很好的耐局部放电能力。旋转电机采用云母、树脂作为绝缘材料；能力。旋转电机采用云母、树脂作为绝缘材料；有机高分子聚合物等绝缘材料的耐局部放电的性有机高分子聚合物等绝缘材料的耐局部放电的性能比较差。能比较差

27、。由于各种上述原因，许多高压电气设备都将其局由于各种上述原因，许多高压电气设备都将其局部放电水平作为检验其绝缘质量的重要指标之一。部放电水平作为检验其绝缘质量的重要指标之一。33 3、热老化、热老化在较高温度的长期作用下，绝缘性能也会发生不在较高温度的长期作用下，绝缘性能也会发生不可逆的劣化，这就是电介质的热老化。可逆的劣化，这就是电介质的热老化。温度越高，绝缘老化越快，寿命越短。温度越高，绝缘老化越快，寿命越短。介质的热老化过程：介质的热老化过程：固体介质的热老化过程固体介质的热老化过程受热受热带电粒子热运动加剧带电粒子热运动加剧载流子增多载流子增多电导和极电导和极化损耗增大化损耗增大介质温

28、度升高介质温度升高加速老化加速老化 液体介质的热老化过程液体介质的热老化过程油温升高油温升高氧化加速氧化加速油裂解油裂解分解出多种能溶与油分解出多种能溶与油的微量气体的微量气体绝缘破坏绝缘破坏34 热老化的象征：热老化的象征：大多表现为介质失去弹性、变脆、发生龟裂，机大多表现为介质失去弹性、变脆、发生龟裂，机械强度降低，也有些介质表现为变软、发黏、失去定械强度降低，也有些介质表现为变软、发黏、失去定形、液体酸价升高。同时介质的电气性能变坏。形、液体酸价升高。同时介质的电气性能变坏。35 热老化的程度主要决定于热老化的程度主要决定于温度温度及及热作用的时间热作用的时间。为使绝缘材料有一个经济合理

29、的工作寿命，应找为使绝缘材料有一个经济合理的工作寿命，应找出与之相应的最高允许工作温度。出与之相应的最高允许工作温度。所谓最高允许工作温度，指绝缘即使持续地在此所谓最高允许工作温度，指绝缘即使持续地在此温度下工作，仍有一定的、经济合理的工作寿命。温度下工作，仍有一定的、经济合理的工作寿命。最高允许工作温度须经综合经济技术比较后才能最高允许工作温度须经综合经济技术比较后才能大致确定。大致确定。IEC将各种电工绝缘材料按其耐热程度划将各种电工绝缘材料按其耐热程度划分等级，并确定各等级绝缘材料的最高允许工作温度，分等级，并确定各等级绝缘材料的最高允许工作温度，即：即：O(Y)级级90、A级级105、

30、E级级120、B级级130、F级级155、H级级180、C级级180。36 绝缘材料的使用温度超过规定温度，则劣化加速。绝缘材料的使用温度超过规定温度，则劣化加速。热老化热老化8规则：对规则：对A级绝缘介质，如果使用温度超级绝缘介质，如果使用温度超过规定值过规定值8时，寿命约缩短一半。时，寿命约缩短一半。相应的对相应的对B级绝缘和级绝缘和H级绝缘则分别为级绝缘则分别为10和和12。37 固体介质在各种机械力的作用下会产生裂缝并逐固体介质在各种机械力的作用下会产生裂缝并逐渐扩大，从而导致介质的绝缘性能下降。渐扩大，从而导致介质的绝缘性能下降。若裂缝中发生局部放电，介质损坏速度加快。若裂缝中发生局

31、部放电，介质损坏速度加快。对于绝缘子来说，温度的突变也会产生内部应力。对于绝缘子来说，温度的突变也会产生内部应力。对于电机绝缘来说，机械力的作用对绝缘老化也对于电机绝缘来说，机械力的作用对绝缘老化也有很大的影响。有很大的影响。4、机械老化、机械老化38 电气设备的使用寿命一般取决其绝缘的寿命，后电气设备的使用寿命一般取决其绝缘的寿命，后者与老化过程密切相关。者与老化过程密切相关。绝缘老化的原因主要有热、电和机械力的作用，绝缘老化的原因主要有热、电和机械力的作用，此外还有水分、氧化、各种射线、微生物等因素此外还有水分、氧化、各种射线、微生物等因素的作用。的作用。各种原因同时存在、彼此影响、互相加

32、强，加速各种原因同时存在、彼此影响、互相加强，加速老化过程。老化过程。绝缘老化小结绝缘老化小结394-5 液体介质的击穿液体介质的击穿 耐电强度：耐电强度：比气体高，且具有绝缘、散热冷却比气体高，且具有绝缘、散热冷却和灭弧作用。和灭弧作用。击穿理论研究现状：击穿理论研究现状：远不及气体介质击穿机理远不及气体介质击穿机理研究，目前尚缺乏完善的击穿理论。研究，目前尚缺乏完善的击穿理论。按击穿机理分类：按击穿机理分类：纯净的和工程用纯净的和工程用(非纯净非纯净)。纯净的液体电介质的击穿机理：纯净的液体电介质的击穿机理：（1）电击穿理论）电击穿理论（2）气泡击穿理论）气泡击穿理论工程用的液体电介质的击

33、穿机理：工程用的液体电介质的击穿机理：小桥击穿理论小桥击穿理论4041（1）纯净的液体电介质的击穿机理纯净的液体电介质的击穿机理 电击穿理论：电击穿理论：液体中因强场发射等原因产生的电液体中因强场发射等原因产生的电子在电场中被加速，与液体分子发生碰撞电离。子在电场中被加速，与液体分子发生碰撞电离。因液体介质的密度比气体大得多，电子运动的平因液体介质的密度比气体大得多，电子运动的平均自由行程短，所以其击穿场强比气体高很多。均自由行程短，所以其击穿场强比气体高很多。42气泡击穿理论：气泡击穿理论：认为液体分子由电子碰撞而产认为液体分子由电子碰撞而产生气泡，或在电场作用下因其它原因产生气泡，生气泡，

34、或在电场作用下因其它原因产生气泡，由气泡内的气体放由气泡内的气体放 电而引起液体击穿。电而引起液体击穿。液体中气泡产生的原因：液体中气泡产生的原因：1.阴极的强场发射或热发射的电子电流加热液体介阴极的强场发射或热发射的电子电流加热液体介质，分解出气体；质，分解出气体；2.由电场加速的电子碰撞液体分子，使液体分子解由电场加速的电子碰撞液体分子，使液体分子解离产生气体；离产生气体；3.电极表面吸附的气泡脱离出来；电极表面吸附的气泡脱离出来；4.电极上尖的或不规则的凸起物上的电晕放电引起电极上尖的或不规则的凸起物上的电晕放电引起液体气化液体气化43液体中沿气泡击穿过程：液体中沿气泡击穿过程：交流电压

35、下串联介质中交流电压下串联介质中 的分布与的分布与 成反比成反比E气体的击穿场强气体的击穿场强比液体低得多比液体低得多气泡先电离气泡先电离电离产生的带电粒子撞击电离产生的带电粒子撞击液体分子，使之分解出气液体分子，使之分解出气体，扩大气体通道体，扩大气体通道电离的气泡在电场作用电离的气泡在电场作用下容易排列形成连通两下容易排列形成连通两极的气体极的气体“小桥小桥”，击，击穿穿沿沿“小桥小桥”通道发生通道发生气泡温度升高、气泡温度升高、体积膨胀、电离体积膨胀、电离进一步发展进一步发展44（2）工程用的（）工程用的（非纯净）液体电介质的小桥击穿理论非纯净）液体电介质的小桥击穿理论 油中杂质：油中杂

36、质：水分、固体绝缘材料（如纸、布）脱水分、固体绝缘材料（如纸、布）脱落纤维、液体本身老化分解。落纤维、液体本身老化分解。小桥形成：小桥形成：液体中的杂质在电场力的作用下，液体中的杂质在电场力的作用下，在在电场方向定向，并逐渐沿电力线方向排列成电场方向定向，并逐渐沿电力线方向排列成 杂质杂质的的“小桥小桥”，由于水和纤维的介电常数分别为，由于水和纤维的介电常数分别为81和和67，比油的介电常数，比油的介电常数1.82.8大得大得 多，从而这些多，从而这些杂质容易极化并在电场方向定向排列成小桥。杂质容易极化并在电场方向定向排列成小桥。受潮纤维在电极间定向示意图受潮纤维在电极间定向示意图(a)形成形

37、成“小桥小桥”(b)未形成未形成“小桥小桥”45 小桥发热：小桥发热：组成小桥的纤维及水分电导大，从而组成小桥的纤维及水分电导大，从而使泄漏电流增加，并进而使小桥强烈发热。使泄漏电流增加，并进而使小桥强烈发热。小桥贯穿：小桥贯穿：使油和水局部沸腾汽化，最后沿此使油和水局部沸腾汽化，最后沿此“气桥气桥”发生击穿。发生击穿。小桥击穿的特点：小桥击穿的特点：(1)与热过程紧密相连；与热过程紧密相连；(2)如果间隙较长则难以形成小桥，但因不连续的如果间隙较长则难以形成小桥，但因不连续的小桥也会畸变电场，而引起间隙击穿电压降低；小桥也会畸变电场，而引起间隙击穿电压降低；(3)小桥的形成和电极形状及电压种

38、类有关：电场小桥的形成和电极形状及电压种类有关：电场极不均匀时，由于尖电极附近发生局部放电现象极不均匀时，由于尖电极附近发生局部放电现象造成油的扰动，而难以形成小桥；冲击电压下，造成油的扰动，而难以形成小桥；冲击电压下，由于作用时间极短，小桥来不及形成。由于作用时间极短，小桥来不及形成。46 工程用变压器油的击穿有如下特点：在均工程用变压器油的击穿有如下特点：在均匀电场中，当工频电压升高到某值时，油中可匀电场中，当工频电压升高到某值时，油中可能出现一个火花放电，但旋即消失，油又恢复能出现一个火花放电，但旋即消失，油又恢复其电气强度；电压再增油中又可能出现火花，其电气强度；电压再增油中又可能出现

39、火花，但可能又旋即消失；这样反复多次，最后才会但可能又旋即消失；这样反复多次，最后才会发生稳定的击穿发生稳定的击穿工程用变压器油的击穿特点：工程用变压器油的击穿特点：472.电压作用时间电压作用时间3.电场均匀度电场均匀度4.温度温度1.油品质的影响：含水量、含纤维量、含气量油品质的影响：含水量、含纤维量、含气量5.压力压力4-6 影响液体介质击穿的因素影响液体介质击穿的因素48绝缘外壳黄铜电极标准试油杯（图中尺寸均为标准试油杯（图中尺寸均为mm）油间隙距离2.5mm 电气强度、电气强度、tg、含水量、含水量等等。通常用标准试油杯测得的工通常用标准试油杯测得的工频击穿电压来衡量其品质的好坏。频

40、击穿电压来衡量其品质的好坏。判断油品质常用指标：判断油品质常用指标：49 对变压器油，其标准油杯中的击穿电压为对变压器油，其标准油杯中的击穿电压为 Ub 25kV40kV;对电容器油及电缆油，其标准油杯中的击穿电压对电容器油及电缆油，其标准油杯中的击穿电压一般为一般为Ub 50kV60kV。在标准油杯中测得的油的耐电强度在标准油杯中测得的油的耐电强度只能作为对油只能作为对油的品质的衡量标准，不能用此数值直接计算在别的不的品质的衡量标准，不能用此数值直接计算在别的不同条件下油间隙的耐受电压。同条件下油间隙的耐受电压。50（1）杂质以水分，特别是含水纤维的影响最为严重杂质以水分，特别是含水纤维的影

41、响最为严重 水分水分：水在油中以溶解状或悬浮状存在。溶解状的水：水在油中以溶解状或悬浮状存在。溶解状的水对油的耐压影响不大；悬浮状的水分易形成小桥，对对油的耐压影响不大；悬浮状的水分易形成小桥，对击穿电压的影响较大。击穿电压的影响较大。当含水量当含水量0.020.020.030.03时，由于过多的水分将下沉底部，时，由于过多的水分将下沉底部，故故抗电强度基本稳定抗电强度基本稳定51（2）电压形式的影响）电压形式的影响油间隙的冲击击穿强度比工频击穿强度要高得多：油间隙的冲击击穿强度比工频击穿强度要高得多：杂质形成小桥所需的时间，比气体放电所需时间长。杂质形成小桥所需的时间，比气体放电所需时间长。

42、-1.2/50s波+1.2/50s波 工频电压 稍不均匀电场中变压器油的击穿电压与间距的关系稍不均匀电场中变压器油的击穿电压与间距的关系 52 加压后由于油中加压后由于油中杂质聚集到电极以及杂质聚集到电极以及介质的发热均需要一介质的发热均需要一定的时间。定的时间。一般一般1 12 2分钟分钟后，后，U Ub b不再随不再随t t而变。而变。故工频耐压试验故工频耐压试验t t通常取为通常取为1min1min。533.电场情况的影响电场情况的影响 工频或直流电压下：油的纯净程度较高时，工频或直流电压下：油的纯净程度较高时，改善电场的均匀程度能使的击穿电压明显提高；改善电场的均匀程度能使的击穿电压明

43、显提高；油中稍有含水、含杂，含气等击穿电压就明显油中稍有含水、含杂，含气等击穿电压就明显下降。下降。在冲击电压下，因小桥来不及形成，电场均匀在冲击电压下，因小桥来不及形成，电场均匀与否对击穿电压无显著影响。与否对击穿电压无显著影响。54（4）温度的影响）温度的影响干燥的油受潮的油标准油杯中变压器油工频击穿电压与温度的关系标准油杯中变压器油工频击穿电压与温度的关系 干燥油的击穿强度与温度没有多大关系 080，Ub提高（水分溶解度增加）温度再升高，Ub下降（水分汽化）；低于0，Ub提高（水滴冻结成冰粒）水当水当T增加时：固增加时：固液液汽汽55(5)压强的影响压强的影响变压器油的工频击穿电压与压强

44、关系变压器油的工频击穿电压与压强关系 油中含有气体油中含有气体4-7 提高液体介质击穿电压的方法提高液体介质击穿电压的方法n提高并保持油的品质提高并保持油的品质 n提高：去杂质、水分、有机酸提高：去杂质、水分、有机酸:(制造时过滤制造时过滤)n 去气体去气体:(制造时真空注油制造时真空注油)n 保持：装置吸附剂过滤器，可使正在运行的油保持：装置吸附剂过滤器，可使正在运行的油 n 不断净化不断净化 n2 覆盖层覆盖层n在金属电极上贴固体绝缘薄层，可阻断杂质小桥在金属电极上贴固体绝缘薄层，可阻断杂质小桥；n 通常油本身品质越差，电压作用时间越长，效果通常油本身品质越差，电压作用时间越长，效果越好。

45、越好。57583 绝缘层绝缘层 当覆盖层厚度增大，本身承担一定电压时，成为绝当覆盖层厚度增大，本身承担一定电压时，成为绝缘层。缘层。用在不均匀电场中，被覆在曲率半径较小的电极上用在不均匀电场中，被覆在曲率半径较小的电极上。4 屏障屏障 放在电极间油间隙中的固体绝缘板放在电极间油间隙中的固体绝缘板 作用：割断杂质小桥的形成作用：割断杂质小桥的形成 使另一侧油隙的电场变均匀使另一侧油隙的电场变均匀在极不均匀场中效果明显。在极不均匀场中效果明显。面积应足够大面积应足够大。594-8 组合绝缘的电气强度 对高压电气设备绝缘，除了必须有优异的电对高压电气设备绝缘，除了必须有优异的电气性能外，还要求有良好

46、的热性能、机械性能及气性能外，还要求有良好的热性能、机械性能及其他物理其他物理-化学性能，单一品质电介质往往难以同化学性能，单一品质电介质往往难以同时满足这些要求，所以时满足这些要求，所以实际绝缘一般采用多种电实际绝缘一般采用多种电介质的组合介质的组合。实用的绝缘结构实用的绝缘结构 变压器：变压器：外绝缘（瓷套外绝缘（瓷套+空气）、主绝缘（油空气）、主绝缘（油-屏障式）屏障式）电缆、电容器：电缆、电容器：介质（纸、高分子薄膜）介质（纸、高分子薄膜）+浸渍剂浸渍剂 电机：电机：云母云母+浸渍剂等浸渍剂等 套管：套管：油纸绝缘等油纸绝缘等 普遍存在：油纸绝缘普遍存在：油纸绝缘。60组合绝缘电压分配

47、原则：组合绝缘电压分配原则：各层电介质上所承受的场强和介质的击穿场各层电介质上所承受的场强和介质的击穿场强成正比。这时，各层介质绝缘利用最充分，整强成正比。这时，各层介质绝缘利用最充分，整个组合绝缘能够承受的场强最高。个组合绝缘能够承受的场强最高。直流下：电压与电阻成正比（电导）直流下：电压与电阻成正比（电导）应用：电气强度高、电导率小用在电场最强处；应用：电气强度高、电导率小用在电场最强处；交流和冲击下：电压与电容成反比（介电常数）交流和冲击下：电压与电容成反比（介电常数）应用：电气强度高、介电常数小用在电场最强处。应用：电气强度高、介电常数小用在电场最强处。61一、一、油油-屏障绝缘和油纸

48、绝缘的特点屏障绝缘和油纸绝缘的特点 1、油、油-屏障绝缘屏障绝缘以油为主要绝缘介质的组合绝缘，有很好的冷却作用。以油为主要绝缘介质的组合绝缘，有很好的冷却作用。屏障的作用：改善油间隙中的电场分布，阻止杂质小屏障的作用：改善油间隙中的电场分布，阻止杂质小桥的形成。桥的形成。因固体介质的介电常数大于液体介质的介电常数，所因固体介质的介电常数大于液体介质的介电常数，所以固体介质的总厚度增大会使油中的电场强度增大。以固体介质的总厚度增大会使油中的电场强度增大。优点：生产工艺简单，散热效果好。优点：生产工艺简单，散热效果好。缺点：有起火和爆炸的危险。缺点：有起火和爆炸的危险。62 2、油纸绝缘、油纸绝缘

49、以固体为主要介质的组合绝缘，液体介质只是用以固体为主要介质的组合绝缘，液体介质只是用作填充空气隙的浸渍剂。作填充空气隙的浸渍剂。油纸绝缘的优点主要是优良的电气性能。油纸绝缘的优点主要是优良的电气性能。耐电强度耐电强度:干纸一般在干纸一般在1013 kV/mm;油一般在油一般在1020 kV/mm;油纸一般在油纸一般在50120 kV/mm。63 粘浸渍电缆 充油电缆 油纸绝缘的直流击油纸绝缘的直流击穿场强比交流击穿穿场强比交流击穿场强高得多场强高得多因为直流电压作用下油与纸因为直流电压作用下油与纸的场强分配比交流时合理的场强分配比交流时合理 直流电压下，介质中直流电压下，介质中场强分配与体积电

50、阻率成正比场强分配与体积电阻率成正比。油的体积。油的体积电阻率比纸小，因此油中场强比纸中低，即此时场强分配是合理电阻率比纸小，因此油中场强比纸中低，即此时场强分配是合理的。的。交流电压下，介质中交流电压下，介质中场强分配与介电常数成反比场强分配与介电常数成反比。油的介电常。油的介电常数比纸小，因此油中场强比纸中高。由于油的击穿场强比纸的低，数比纸小，因此油中场强比纸中高。由于油的击穿场强比纸的低，因此场强分配是不合理的。因此场强分配是不合理的。直流长时间击穿场强与交流时的值差别更大，原因是直流下直流长时间击穿场强与交流时的值差别更大，原因是直流下介损小，有局部放电时对绝缘的损伤小。介损小，有局