掌握不同因素對固體電介質(zhì)擊穿電壓的影響結果

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

【正文】

影響固體電介質(zhì)擊穿電壓的因素有電壓作用時間，電場均勻程度、溫度、受潮、累積效應、電壓種類和機械負荷。

1.電壓作用時間

固體電介質(zhì)的擊穿形式與電壓作用時間密切相關，如圖TYBZ01403003-1所示。如果電壓作用時間很短(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；電壓作用時間達數(shù)小時才引起擊穿，則熱擊穿往往起主要作用；電壓作用時間長達數(shù)十小時甚至幾年才發(fā)生擊穿時，大多屬于電化學擊穿的范疇。電擊穿和熱擊穿有時很難分清，例如在工頻交流1min耐壓試驗中的試品被擊穿，常常是電和熱雙重作用的結果。

隨著電壓作用時間的增長，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間的關系。

2.電場均勻程度

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。當厚度增加使散熱困難到可能引起熱擊穿時，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。

3.溫度

固體介質(zhì)在某個溫度范圍內(nèi)其擊穿性質(zhì)屬于電擊穿，這時的擊穿場強很高，且與溫度幾乎無關。超過某個溫度后將發(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，熱擊穿電壓更低。因此，以固體介質(zhì)作絕緣材料的電氣設備，如果某處局部溫度過高，在工作電壓下即有熱擊穿的危險。

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。

4. 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。

對不易吸潮的材料，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的百分之幾或更低，這是因電導率和介質(zhì)損耗大大增加的緣故。所以高壓絕緣結構在制造時要注意除去水分，在運行中要注意防潮，并定期檢查受潮情況。

5.累積效應

由于固體介質(zhì)的絕緣損傷是不可恢復的，并具有累積效應。顯然，它會導致固體介質(zhì)擊穿電壓的下降。因此，對這些電氣設備進行耐壓試驗，加電壓的次數(shù)和試驗電壓值應考慮這種累積效應，而在設計固體絕緣結構時，應保證一定的絕緣裕度。

6. 電壓種類

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。高頻下局部放電嚴重，發(fā)熱嚴重，其擊穿電壓低。

7.機械負荷

機械應力可能造成絕緣材料開裂、松散、使擊穿電壓降低。在運行中，由于長期受高溫作用，絕緣材料特別是紙(或布)纖維、塑料等有機材料很容易劣化變脆，機械強度強烈下降。所以電力設備要注意散熱，避免過負荷運行。

【思考與練習】

1.電壓作用時間對固體介質(zhì)的擊穿有何影響？

2.電壓種類對對固體介質(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？