高電壓工程ppt課件(已修改)
2024-09-28 20:25 本頁面
【正文】 第四章 固體電介質(zhì)和液體電介質(zhì)的擊穿特性 高電壓工程基礎(chǔ) 主講教師：張 博 高電壓工程基礎(chǔ) 2 固體電介質(zhì)的擊穿機(jī)理 影響固體電介質(zhì)擊穿電壓的因素 固體電介質(zhì)的老化 液體電介質(zhì)的擊穿機(jī)理 影響液體電介質(zhì)擊穿電壓的因素 組合絕緣的擊穿特性 高電壓工程基礎(chǔ) 3 固體電介質(zhì)的擊穿 ?電擊穿 ?熱擊穿 ?電化學(xué)擊穿 第一節(jié) 固體電介質(zhì)的擊穿機(jī)理 高電壓工程基礎(chǔ) 4 固體電介質(zhì)的電擊穿 :是指僅僅由于電場的作用而直接造成固體絕緣擊穿的現(xiàn)象。 機(jī)理 :強(qiáng)電場下電介質(zhì)內(nèi)部存在的少量帶電粒子作劇烈的運(yùn)動，與固體介質(zhì)晶格結(jié)點(diǎn)上的原子發(fā)生碰撞電離，形成電子崩，從而破壞了固體介質(zhì)的晶格結(jié)構(gòu)，使電導(dǎo)增大而導(dǎo)致?lián)舸? 特點(diǎn) : ? 擊穿電壓與周圍環(huán)境溫度無關(guān)； ? 與電壓作用時間也關(guān)系不大； ? 介質(zhì)發(fā)熱不顯著；電場的均勻程度對擊穿電壓影響很大； ? 電擊穿所需的場強(qiáng)比較高，一般可達(dá) 105~106kV/m。 當(dāng)介質(zhì)的電導(dǎo)很小，又有良好的散熱條件以及介質(zhì)內(nèi)部不存在局部放電時，固體電介質(zhì)所發(fā)生的擊穿一般為電擊穿。 一、電擊穿 高電壓工程基礎(chǔ) 5 機(jī)理 ：熱擊穿是由于電介質(zhì)內(nèi)部的熱不穩(wěn)定所造成的。 熱擊穿的過程 ： 當(dāng)固體電介質(zhì)較長時間地在電壓作用下，由于介質(zhì)內(nèi)部的損耗而發(fā)熱，致使溫度升高，從而使介質(zhì)的電導(dǎo)和都增大，這反過來又使溫度進(jìn)一步升高。 若到達(dá)某一溫度后，發(fā)熱量等于散熱量，介質(zhì)的溫度則停止上升而處于熱穩(wěn)定狀態(tài)，這時將不致引起絕緣強(qiáng)度的破壞。 如果散熱條件不好，或電壓達(dá)到某一臨界值，使絕緣的發(fā)熱量總是大于散熱量，這時將會使介質(zhì)的溫度不斷升高，直至介質(zhì)分解、熔化、碳化或燒焦，造成熱破壞而喪失其絕緣性能而發(fā)生擊穿。 二、熱擊穿 高電壓工程基礎(chǔ) 6 介質(zhì)的功率損耗 P隨溫度變化的規(guī)律： )(2 )( otto etgCUP ?? ???otg?? —— 溫度 to時的介質(zhì)損耗角正切； t —— 溫度； —— 與介質(zhì)有關(guān)的系數(shù)； C —— 絕緣結(jié)構(gòu)的電容； U —— 外加電壓。 高電壓工程基礎(chǔ) 7 )(21 otteAUQ ?? ?SttQ o )(2 ?? ? 單位時間產(chǎn)生的熱量 Q1： 式中 A—— 比例常數(shù) σ —— 散熱系數(shù)； S —— 散熱面積。 單位時間內(nèi)散出的熱量 Q2： 介質(zhì)的發(fā)熱和散熱與溫度的關(guān)系 高電壓工程基礎(chǔ) 8 熱擊穿的主要特點(diǎn)： 1）擊穿電壓隨環(huán)境溫度的升高呈指數(shù)規(guī)律下降； 2）擊穿電壓直接與介質(zhì)的散熱條件相關(guān)。 ? 介質(zhì)厚度 ? 加壓時間 ? 電壓頻率或介損 高電壓工程基礎(chǔ) 9 三、電化學(xué)擊穿 機(jī)理： 固體電介質(zhì)在長期工作電壓作用下，由于介質(zhì)內(nèi)部發(fā)生局部放電，產(chǎn)生活性氣體 O NO、 NO2，對介質(zhì)產(chǎn)生氧化和腐蝕作用，同時產(chǎn)生熱量引起局部發(fā)熱 。 在局部放電過程中帶電粒子的撞擊作用，導(dǎo)致絕緣劣化或損傷，使其電氣強(qiáng)度逐步下降并引起擊穿 電化學(xué)擊穿是一個復(fù)雜的緩慢過程，在臨近最終擊穿階段，可能因劣化處損耗增加，溫度過高而以熱擊穿形式完成，也可能介質(zhì)劣化后電氣強(qiáng)度下降而以電擊穿形式完成。 高電壓工程基礎(chǔ) 10 樹枝狀或叢狀放電 ： 當(dāng)有機(jī)絕緣材料中因小曲率半徑電極、微小空氣隙、雜質(zhì)等因素而出現(xiàn) 高場強(qiáng)區(qū) 時，往往在此處先發(fā)生局部的樹枝狀或叢狀放電，并在有機(jī)固體介質(zhì)上留下纖細(xì)的放電痕跡，這就是 樹枝狀放電劣化 。 ? 在交流電壓下，樹枝狀放電劣化是局部放電產(chǎn)生的帶電粒子沖撞固體介質(zhì)引起電化學(xué)劣化的結(jié)果。 ? 在沖擊電
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