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影響固體介質(zhì)擊穿電壓結(jié)果的主要因素有哪些
閱讀：3478發(fā)布時(shí)間：2022-4-13
擊穿電壓的主要因素
影響固體介質(zhì)擊穿電壓的因素甚多,，下面介紹幾種主要的影響因素,。
電壓作用時(shí)間
如果電壓作用時(shí)間很短(例如以下),，固體介質(zhì)的擊穿往往是電擊穿,，擊穿電壓當(dāng)然也較高。隨著電壓作用時(shí)間的增長,，擊穿電壓將下降,，如果在加電壓后數(shù)分鐘到數(shù)小時(shí)才引起擊穿，則熱擊穿往往起主要作用,。不過二者有時(shí)很難分清,，例如在工頻交流耐壓試驗(yàn)中的試品被擊穿，常常是電和熱雙重作用的結(jié)果,。電壓作用時(shí)間長達(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。
以常用的油浸電工紙板為例,，在圖中,，以頻擊穿電壓(峰值)作為基準(zhǔn)值，縱坐標(biāo)以標(biāo)么值來表示,。電擊穿與熱擊穿的分界點(diǎn)時(shí)間約在之間,，作用時(shí)間大于此值后，熱過程和電化學(xué)作用使得擊穿電壓明顯下降。不過擊穿電壓與更長時(shí)間(圖中達(dá)數(shù)百小時(shí))的擊穿電壓相差已不太大,，所以通?？蓪㈩l試驗(yàn)電壓作為基礎(chǔ)來估計(jì)固體介質(zhì)在工頻電壓作用下長期工作時(shí)的熱擊穿電壓。許多有機(jī)絕緣材料的短時(shí)間電氣強(qiáng)度很高,，但它們耐局部放電的性能往往很差，以致長時(shí)間電氣強(qiáng)度很低,，這一點(diǎn)必須予以重視,。在那些不可能用油浸等方法來消除局部放電的絕緣結(jié)構(gòu)中(例如旋轉(zhuǎn)電機(jī))，就必須采用云母等耐局部放電性能好的無機(jī)絕緣材料,。圖油浸電工紙板的擊穿電壓與加電壓時(shí)間的關(guān)系時(shí)電場(chǎng)均勻程度和介質(zhì)的厚度處于均勻電場(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)厚度增加將使電場(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,。
高壓電器穩(wěn)定性試驗(yàn)新技術(shù)、新設(shè)備應(yīng)用與操作及檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)務(wù)全書常用的固體介質(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)過真空干燥、真空浸油或浸漆處理,，則擊穿電壓可明顯提高,。
頻率在電擊穿區(qū)域內(nèi)，如果頻率的變化不造成電場(chǎng)均勻度的改變,，則擊穿電壓與頻率幾乎無關(guān),。在熱擊穿區(qū)域內(nèi)，如果頻率使和變化不大,，則擊穿電壓將與頻率的平方根成反比,。如厚度為的玻璃，在工頻時(shí)的擊穿電壓為(有效值),，而在高頻時(shí)擊穿電壓僅為(有效值),。這是因?yàn)轭l率上升使介質(zhì)損耗上升，導(dǎo)致發(fā)熱,，促使熱擊穿過程的發(fā)展,。
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，且與溫度幾乎無關(guān),。超過某個(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圍媒質(zhì)的溫度也高，且散熱條件又差,，熱擊穿電壓將更低,。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,。
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,，如聚乙烯,、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)行中要注意受潮,，并定期檢查受潮情況,。累積效應(yīng)固體介質(zhì)在不均勻電場(chǎng)中以及在幅值不很高的過電壓，特別是雷電沖擊電壓下,，介質(zhì)內(nèi)部可能出現(xiàn)局部損傷,，并留下局部碳化、燒焦或裂縫等痕跡,。多次加電壓時(shí),，局部損傷會(huì)逐步發(fā)展，這稱為累積效應(yīng),。顯然,，它會(huì)導(dǎo)致固體介質(zhì)擊穿電壓的下降。
在幅值不高的內(nèi)部過電壓下以及幅值雖高,、但作用時(shí)間很短的雷電過電壓下,，由于加電壓時(shí)間短，可能來不及形成貫穿性的擊穿通道,，但可能在介質(zhì)內(nèi)部引起強(qiáng)烈的局部放電,，從而引起局部損傷,。
主要以固體介質(zhì)作絕緣材料的電氣設(shè)備，隨著施加沖擊或工頻試驗(yàn)電壓次數(shù)的增多,，可能因累積效應(yīng)而使其擊穿電壓下降,。因此，在確定這類電氣設(shè)備耐壓試驗(yàn)加電壓次數(shù)和試驗(yàn)電壓值時(shí),，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,。
第一篇高壓電器設(shè)備試驗(yàn)技術(shù)總論··
第四節(jié)電介質(zhì)的老化
電氣設(shè)備在長期運(yùn)行中,，其介質(zhì)不可避免的要承受熱的、電的,、化學(xué)的和機(jī)械力的作用,。在這些因素的作用下,，介質(zhì)的物理性能逐漸劣化,，如變脆、變粘,、起層等,，電氣性能逐漸降低，如電導(dǎo)變大,、變大和絕緣強(qiáng)度下降等,，這種在性能方面出的不可逆的劣化現(xiàn)象稱為介質(zhì)的老化。
電介質(zhì)的老化分為三類：由電場(chǎng)作用引起的電老化,、由高溫作用引起的熱老化和由受潮所加速劣化的受潮老化,。下面分別介紹三種老化的過程。
一,、電老化
電老化分為局部放電老化,、電導(dǎo)性老化和電解性老化三種類型。
介質(zhì)內(nèi)部不可避免地存在某些小氣泡或氣隙,，它們可能是由于浸漬工藝不完善,，使介質(zhì)層間、介質(zhì)與電極間或介質(zhì)內(nèi)部殘留的也可能是浸漬劑與介質(zhì)材料的膨脹系數(shù)不同由溫度變化所引起的介質(zhì)在運(yùn)行中也可能分解出氣體,，形成小氣泡介質(zhì)中的水分電離分解也能產(chǎn)生氣泡,。氣體介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)接近，比固,、液體介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)小得多,，因而在電場(chǎng)作用下的場(chǎng)強(qiáng)就比鄰近的固、液體介質(zhì)中的場(chǎng)強(qiáng)大得多,，而擊穿場(chǎng)強(qiáng)又比固,、液體介質(zhì)的低得多,，所以最容易在這些氣隙或氣泡中產(chǎn)生局部放電。
局部放電將產(chǎn)生如下后果：
帶電粒子撞擊氣泡(或氣隙)表面的介質(zhì),，特別是對(duì)有機(jī)絕緣物,，能使主鏈斷裂，高分子解聚或部分變?yōu)榈头肿?，介質(zhì)的物理性能變差,。
局部溫度升高，氣泡膨脹,，使介質(zhì)開裂,、分層、變脆,，高溫同時(shí)能使材料產(chǎn)生化學(xué)分解,，使該部分電導(dǎo)和損耗變大。
局部放電產(chǎn)生的和等氣體對(duì)有機(jī)物產(chǎn)生氧化侵蝕,，使介質(zhì)逐漸劣化,，特別是介質(zhì)受潮后，還可能與潮氣結(jié)合生成亞硝酸或硝酸,，對(duì)介質(zhì)及金屬電極都產(chǎn)生腐蝕,。
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