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,,所以通常可將頻試驗(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)電場均勻程度和介質(zhì)的厚度處于均勻電場中的固體介質(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中,,介質(zhì)厚度增加將使電場更不均勻,,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)即使處于均勻電場中,,介質(zhì)內(nèi)部的電場分布也是不均勻的,,最大電場強(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,。
受潮受潮對固體介質(zhì)擊穿電壓的影響與材料的性質(zhì)有關(guān)。對不易吸潮的材料,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),,局部損傷會逐步發(fā)展,,這稱為累積效應(yīng)。顯然,,它會導(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,。
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