固体电介质的击穿特性

1.固体击穿理论

电击穿理论:建立在碰撞电离的基础上,不包括电介质老化、局部放电等其他原因引起的击穿。
注意:其特点:电压作用时间短;击穿电压高;介质温度不高;击穿场强与电场均匀度密切相关,与周围温度无关。
热击穿理论:在电场的作用下,由于电介质损耗和泄漏等原因而使固体电介质内发的的热量大于散失的热量,使介质温度不断上升,最终造成介质本身的破坏,转化成导电通道。
电化学击穿理论:固体介质在长期工作电压的作用下,由于介质内部发生局部放电等原因,是绝缘劣化、电气强度逐步下降并引起击穿的现象。
注意:在临近最终击穿阶段,可能因劣化处温度过高而以热击穿形式完成,也可以因劣化后电气强度下降而以电击穿形式完成。

2.影响固体介质击穿电压的主要因素

(1)电压的作用时间
(2)温度
固体介质在某个温度范围内其击穿性质属于电击穿,这时的击穿场强很高,且与温度几乎无关;超过某个温度后将发生热击穿,温度越高热击穿电压越低;如果其周围媒质的温度也高,且散热条件又差,热击穿电压更低。
(3)电场均匀度和介质厚度
对处于均匀电场中的固体介质,其击穿电压往往较高,且随介质厚度的增加近似地成线性增大;
注意:若在不均匀电场中,介质厚度增加使电场更不均匀,于是击穿电压不再随厚度的增加而线性上升。当厚度增加使散热困难到可能引起热击穿时,增加厚度的意义就更小了。
(4)电压种类
对于同一电介质,相同电极布置,在冲击电压下的击穿电压>直流电压下的击穿电压>工频电压下的击穿电压>高频电压下的击穿电压
(5)受潮度的影响
受潮对固体介质击穿电压的影响与材料的性质有关。
注意:不容易吸潮的材料(聚乙烯、聚四氟乙烯等):受潮后击穿电压仅下降一半左右。容易吸潮的极性介质(棉纱、纸等纤维材料):吸潮后的击穿电压可能仅为干燥时的百分之几或更低。
(6)机械负荷的影响
有些绝缘结构在运行中可能受到较大的机械负荷,导致出现开裂或微观裂痕时,击穿电压将显著下降。
(7)累积效应的影响
在不均匀电场中,特别是雷电冲击电压下,外加电压很大,但作用时间很短,未形成贯穿的击穿通道,但介质内部可能出现局部损伤。多次加电压时,局部损伤会逐步发展,导致固体介质击穿电压的下降。

3.提高固体击穿电压的方法

(1)改进绝缘的设计(改善电场均匀度)
采取合理的绝缘结构;改善电极形状及表面光洁度,将边缘效应减到最小;消除电极与绝缘体接触处的气隙或使接触处的气隙不承受电位差。
(2)改进制造工艺
通过精选材料、改善工艺、真空干燥、加强浸渍等方法来清除固体电介质中残留的杂质、气泡、水分等。
(3)改善运行条件
注意防潮、防止尘污和各种有害气体的侵蚀,加强散热冷却。

4.固体介质的老化

老化:在长期工作下,由于其他因素的影响,会发生一系列不可逆的变化,从而导致其物理、化学、电和机械等性能的劣化。
老化又分为环境老化;电老化和热老化。

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