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擊穿電壓的主要因素

更新時(shí)間:2019-01-14      點(diǎn)擊次數(shù):5041


  擊穿電壓的主要因素

  1、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(zhǎng),擊穿電壓將下降,如果在加電壓后數(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(zhǎng)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。不過擊穿電壓與長(zhǎng)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(zhǎng)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往往很差,以致長(zhǎng)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好的無機(jī)絕緣材料。

  2、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)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),增加厚度的意義就小了。

  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,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。

  3、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)。這事因?yàn)轭l率上升介質(zhì)損耗上升,導(dǎo)致發(fā)熱,促使熱擊穿過程的發(fā)展。

  4、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,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。

  5、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)的百分之幾或低,這是因?yàn)殡妼?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)行中要注意防潮,并定期檢查受潮情況。

  6、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,投標(biāo)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。多次加壓時(shí),局部損失會(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。

  7、電介質(zhì)的老化

  電氣設(shè)備在長(zhǎng)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)的物理逐漸劣化,如變脆、變粘、起層等,電氣逐漸降低,如電導(dǎo)變大、變大和絕緣強(qiáng)度下降等,這種在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。

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