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擊穿電壓的主要因素

日期:2019-01-14瀏覽:2437次


擊穿電壓的主要因素

1、電壓作用時間

如果電壓作用時間很短(例如以下),固體介質(zhì)的擊穿往往是電擊穿,擊穿電壓當然也較高。隨著電壓作用時間的增長,擊穿電壓將下降,如果在加電壓后數(shù)小時才引起擊穿,則熱擊穿往往起主要作用。不過二者有時很難分清,例如在工頻交流耐壓試驗中的試品被擊穿,常常是電和熱雙重作用的結果。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。以常用的油浸電工紙板為例,在圖中,以頻擊穿電壓(峰值)作為基準值,縱坐標以標么值表示。電擊穿與熱擊穿的分界點時間約在之間,作用時間大于此值后,熱過程和電化學作用使得擊穿電壓明顯下降。不過擊穿電壓與更長時間(圖中達數(shù)百小時)的擊穿電壓相差已不太大,所以通常可將頻試驗電壓作為基礎來估計固體介質(zhì)在工頻電壓作用下長期工作時的熱擊穿電壓。許多有機絕緣材料的短時間電氣強度很高,但它們耐局部放電的性能往往很差,以致長時間電氣強度很低,這一點必須予以重視。在那些不可能用油浸等方法來消除局部放電的絕緣結構中(例如旋轉(zhuǎn)電機),就必須采用云母等耐局部放電性能好的無機絕緣材料。

2、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,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、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。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,在工頻時的擊穿電壓為(有效值),而在高頻時擊穿電壓僅為(有效值)。這事因為頻率上升介質(zhì)損耗上升,導致發(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,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。

5、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的百分之幾或更低,這是因為電導率和介質(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。

6、累積效應

固體介質(zhì)在不均勻電場中以及在幅值不很高的過電壓,投標是雷電沖擊電壓下,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,局部損失會逐步發(fā)展,這稱為累積效應。顯然,它會導致固體介質(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、但作用時間很短的雷電過電壓下,由于加電壓時間短,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備,隨著施加沖擊或工頻試驗電壓次數(shù)的增多,可能因累積效應而使其擊穿電壓下降。因此,在確定這類電氣設備耐壓試驗加電壓次數(shù)和試驗電壓值時,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。

7、電介質(zhì)的老化

電氣設備在長期運行中,其介質(zhì)不可避免的要承受熱的、電的、化學的和機械力的作用。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,如電導變大、變大和絕緣強度下降等,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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