電介質(zhì)絕緣特性固體電介質(zhì)的老化

電氣設(shè)備中的絕緣在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中會(huì)發(fā)生一系列物理變化和化學(xué)變化，致使其電氣、機(jī)械及其他性能逐漸劣化，這種現(xiàn)象統(tǒng)稱為絕緣的老化。固體介質(zhì)的老化可分為電老化、熱老化和環(huán)境老化三類。一、固體電介質(zhì)的老化(一)電老化

電介質(zhì)在電場(chǎng)的長(zhǎng)期作用下，其耐電強(qiáng)度逐漸降低的現(xiàn)象稱為電老化。電老化主要由介質(zhì)中的局部放電所引起。

局部放電引起介質(zhì)老化的原因大致有以下幾個(gè)方面：1.放電產(chǎn)生的帶電質(zhì)點(diǎn)撞擊氣泡或氣隙壁使介質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)遭到破壞，造成裂解。2.帶電質(zhì)點(diǎn)撞擊氣泡或氣隙壁引起介質(zhì)局部的溫度升高，造成熱裂解或促進(jìn)氧化裂解，還可能因氣隙體積膨脹而使固體絕緣開(kāi)裂、分層。

3.局部放電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生、、等活性氣體，有水分時(shí)還會(huì)產(chǎn)生硝酸、草酸等，它們對(duì)絕緣有氧化和腐蝕作用。4.局部放電會(huì)產(chǎn)生高能射線，引起高聚物裂解；還會(huì)使某些固體介質(zhì)的分子間產(chǎn)生交聯(lián)，導(dǎo)致介質(zhì)發(fā)脆。(二)熱老化

電介質(zhì)在熱的長(zhǎng)期作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而使其電氣性能和其他性能逐漸變差，這一現(xiàn)象稱為熱老化。

熱老化的特征主要表現(xiàn)為：介質(zhì)失去彈性、變硬、變脆，發(fā)生龜裂；機(jī)械強(qiáng)度降低；介質(zhì)變軟、發(fā)黏；介質(zhì)的電氣性能下降。(三)環(huán)境老化

絕緣從周圍環(huán)境中吸收的水分、氧氣等的作用及環(huán)境中各種射線的作用使介質(zhì)的絕緣性能降低的現(xiàn)象稱為環(huán)境老化。

環(huán)境老化主要對(duì)暴露在戶外大氣條件下的有機(jī)絕緣物影響較大，如導(dǎo)線絕緣、有機(jī)合成絕緣子等，所以環(huán)氧澆注絕緣子通常可用于戶內(nèi)，卻不能用于戶外。

通過(guò)本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解固體電介質(zhì)的老化定義，掌握固體電介質(zhì)的老化類型，為今后的課程學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。電介質(zhì)絕緣特性固體電介質(zhì)擊穿電壓與液體、氣體的區(qū)別一、固體電介質(zhì)擊穿場(chǎng)強(qiáng)高

固體電介質(zhì)擊穿場(chǎng)強(qiáng)一般比氣體和液體電介質(zhì)高，在均勻電場(chǎng)中，云母的工頻擊穿場(chǎng)強(qiáng)可達(dá)2000～3000kV/cm，而空氣的約為30kV／cm，變壓器油的約為120～200kV/cm。二、固體電介質(zhì)絕緣具有不可恢復(fù)性

固體電介質(zhì)的擊穿通常是一種不可逆的變化過(guò)程，擊穿以后在介質(zhì)中留下有不能恢復(fù)的痕跡，如貫穿兩極間的熔洞、燒穿的孔道、裂開(kāi)等，即使去掉外施電壓，也不像氣體、液體電介質(zhì)那樣能自己恢復(fù)絕緣性能。三、固體電介質(zhì)具有累積效應(yīng)

固體介質(zhì)在沖擊電壓作用下絕緣損傷會(huì)擴(kuò)大甚至擊穿，這種現(xiàn)象稱為累積效應(yīng)。大部分有機(jī)材料有明顯的累積效應(yīng)，玻璃、云母等無(wú)機(jī)材料才沒(méi)有明顯的累積效應(yīng)。四、固體電介質(zhì)擊穿具有體積效應(yīng)

固體電介質(zhì)擊穿場(chǎng)強(qiáng)分散性很大，這與材料的不均勻性有關(guān)。加大試樣的面積和體積，使絕緣材料弱點(diǎn)出現(xiàn)的概率增大，會(huì)使擊穿場(chǎng)強(qiáng)降低，這就是所謂擊穿的體積效應(yīng)。

通過(guò)本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生理解固體電介質(zhì)的擊穿，掌握固體電介質(zhì)擊穿與液體、氣體介質(zhì)擊穿的區(qū)別，為今后的課程學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。電介質(zhì)絕緣特性提高固體擊穿電壓的具體措施一、通過(guò)精選材料、改善工藝、真空干燥、加強(qiáng)浸漬（油、膠、漆等），以清除固體電介質(zhì)中殘留的雜質(zhì)、氣泡、水分等二、采取合理的絕緣結(jié)構(gòu)

使各部分絕緣的耐電強(qiáng)度與其承受的場(chǎng)強(qiáng)相匹配；改善電極形狀及表面光潔度，使電場(chǎng)分布均勻；政善電極與絕緣體的接觸狀態(tài)，消除接觸處的氣隙或使接觸處的氣隙不承受電位差，如用半導(dǎo)體漆。三、在運(yùn)行中，注意防止塵污、防潮和有害氣體的侵蝕，加強(qiáng)散熱冷卻，如自然通風(fēng)、強(qiáng)迫通風(fēng)、氫冷、油冷、水內(nèi)冷等措施。

通過(guò)本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握提高固體電介質(zhì)擊穿電壓的具體措施，為今后的課程學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。電介質(zhì)絕緣特性影響固體電介質(zhì)擊穿電壓的主要因素一、電壓作用時(shí)間

外施電壓的作用時(shí)間對(duì)固體電介質(zhì)擊穿電壓的影響很大，通常，對(duì)于多數(shù)固體電介質(zhì)，其擊穿電壓隨電壓作用時(shí)間的延長(zhǎng)而明顯地下降。二、溫度

在低溫區(qū)域內(nèi)，固體電介質(zhì)的擊穿電壓隨溫度的升高幾乎不變，而在較高溫度下，則隨溫度的升高擊穿電壓明顯下降。工頻下電瓷的擊穿電壓與溫度的關(guān)系三、電場(chǎng)均勻程度

在均勻電場(chǎng)中，固體電介質(zhì)的擊穿電壓與厚度有直線關(guān)系；不均勻電場(chǎng)中，擊穿電壓大大降低，且隨厚度的增加而增加很慢，最后達(dá)到一極限值。四、電壓種類

對(duì)同一介質(zhì)，同一電極布置時(shí)，其交流、直流、沖擊下的擊穿電壓往往是不相同的。在直流電壓下，介質(zhì)損耗一般都比交流電場(chǎng)中為小，不容易發(fā)熱，因而擊穿電壓比工頻擊穿電壓(幅值)高。在沖擊電壓下，由于電壓作用時(shí)間很短，一般熱的效應(yīng)和電化學(xué)的效應(yīng)所造成的破壞還來(lái)不及形成，因此擊穿電壓一般都比工頻和直流的擊穿電壓高。五、固體介質(zhì)受潮程度

固體電介質(zhì)受潮以后,由于水分電導(dǎo)大，損耗大，所以擊穿電壓也要下降，下降的程度與固體介質(zhì)的性能有關(guān)。六、累積效應(yīng)

由于固體介質(zhì)的絕緣損傷是不可恢復(fù)的，并具有累積效應(yīng)。顯然，它會(huì)導(dǎo)致固體介質(zhì)擊穿電壓的下降。因此，對(duì)這些電氣設(shè)備進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，加電壓的次數(shù)和試驗(yàn)電壓值應(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。七、機(jī)械負(fù)荷

機(jī)械應(yīng)力可能造成絕緣材料開(kāi)裂、松散、使擊穿電壓降低。在運(yùn)行中，由于長(zhǎng)期受高溫作用，絕緣材料特別是紙（或布）纖維、塑料等有機(jī)材料很容易劣化變脆，機(jī)械強(qiáng)度強(qiáng)烈下降。所以電力設(shè)備要注意散熱，避免過(guò)負(fù)荷運(yùn)行。

通過(guò)本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握影響固體電介質(zhì)擊穿電壓的主要因素，為今后的課程學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。電介質(zhì)絕緣特性絕緣油老化過(guò)程一、絕緣油老化的過(guò)程可分為三個(gè)階段

（一）A期：新油在與空氣接觸的過(guò)程吸收的氧氣將與油中的不飽和碳?xì)浠衔锲鸹瘜W(xué)反應(yīng)，形成飽和的化合物。A期特點(diǎn)

顏色逐漸深暗，從淡黃色變?yōu)樽睾稚瑥耐该髯優(yōu)榛鞚?，黏度增大（妨礙對(duì)流傳熱），閃燃點(diǎn)增高，灰分和水分增多。

（二）B期：油繼續(xù)吸收氧氣，生成穩(wěn)定的油的氧化物和低分子量的有機(jī)酸，種油對(duì)繞組絕緣和金屬都有較強(qiáng)的腐蝕作用。

（三）C期：油進(jìn)一步氧化，當(dāng)酸性物濃度達(dá)一定程度時(shí)，便產(chǎn)生加聚和縮聚作用，生成中性的高分子樹(shù)脂質(zhì)及瀝青質(zhì)，同時(shí)析出水分，使油呈混濁的膠凝狀態(tài)，最后成為固體的油泥沉淀。C期特點(diǎn)

油泥沉淀在繞組上會(huì)妨礙繞組的散熱，且絕緣性能變壞，表現(xiàn)在電阻率降低，介質(zhì)損耗增大，擊穿電壓降低。隨著油繼續(xù)氧化，油的質(zhì)量日益劣化，劣化到一定程度的油就不能再繼續(xù)使用。上述過(guò)程可概括為：油溫升高一氧化加速一油裂解一分解出多種能溶于油的微量氣體一絕緣破壞。二、絕緣油老化的影響因素溫度油接觸物光照電場(chǎng)

通過(guò)本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解影響絕緣油老化的因素，掌握絕緣油老化過(guò)程，為今后的課程學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。電介質(zhì)絕緣特性提高液體電介質(zhì)擊穿電壓的措施一、過(guò)濾與干燥

為除去油中水分、有機(jī)酸、纖維等雜質(zhì)，常用壓濾機(jī)過(guò)濾，或加吸附劑(白土、硅膠)處理。為防止受潮，在大型變壓器呼吸器內(nèi)裝干燥劑，或充氮保護(hù)和在油枕中用塑料氣囊使油面不與空氣直接接觸。二、祛氣

為除去油中氣泡的影響，可采用此法，但對(duì)密封不嚴(yán)運(yùn)行中的變壓器作用不大。三、油—固體組合絕緣

為消除纖維帶來(lái)的導(dǎo)電小橋的危害，廣泛采用油—固體組合絕緣。

覆蓋層絕緣層屏障多重屏障

油—屏障絕緣

(a)覆蓋層；(b)絕緣層；(c)屏障；(d)覆蓋加屏障；(e)多重屏障

通過(guò)本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握提高液體電介質(zhì)擊穿電壓的主要措施，為今后的課程學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。電介質(zhì)絕緣特性液體電介質(zhì)的擊穿特性一、液體電介質(zhì)常用的液體電介質(zhì)主要是從石油中提煉出來(lái)的碳?xì)浠衔锏幕旌衔铩儔浩饔汀㈦娙萜饔?、電纜油等。二、液體電介質(zhì)的擊穿過(guò)程（一）純凈液體電介質(zhì)

純凈液體電介質(zhì)的擊穿屬于電擊穿.液體分子游離電子崩擊穿（2）工程用液體

工程用液體電介質(zhì)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)較低。因?yàn)樵陔姎庠O(shè)備制造過(guò)程中有雜質(zhì)混入，其擊穿存在熱過(guò)程，屬于熱擊穿的范疇，可用“小橋”擊穿理論來(lái)解釋工程用液體電介質(zhì)的擊穿過(guò)程。（3）“小橋”擊穿理論

油中因受潮含有水分，此外還含有油紙或布脫落的纖維，而水和纖維的相對(duì)介電系數(shù)很大，極易極化而沿電場(chǎng)方向定向排列。若定向排列的纖維貫穿于電極形成連續(xù)的雜質(zhì)小橋，因小橋的電導(dǎo)較大，其泄漏電流增大，從而引起雜質(zhì)小橋通道發(fā)熱，則會(huì)促使水分汽化，隨著氣泡擴(kuò)大和發(fā)展，會(huì)出現(xiàn)氣體小橋，使油間隙發(fā)生擊穿。

通過(guò)本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生熟悉液體介電質(zhì)擊穿過(guò)程，掌握“小橋”理論的應(yīng)用，為今后的課程學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。電介質(zhì)絕緣特性影響液體電介質(zhì)擊穿電壓的因素一、水分

水分可使液體介質(zhì)擊穿電壓大大降低。因?yàn)樾∷榈慕殡娤禂?shù)很大，水珠在電場(chǎng)力的作用下被拉長(zhǎng)，并沿電場(chǎng)方向排列，當(dāng)有相當(dāng)數(shù)量的水珠時(shí)，便可在兩極間形成一導(dǎo)電小橋，小橋連接兩電極，就明顯降低擊穿電壓。二、壓力

油中含有氣體時(shí)，其工頻擊穿電壓隨油的壓力增大而升高，因壓力增加時(shí)，氣體在油中的溶解量增大，且氣泡的局部放電起始電壓也提高。三、纖維和其它雜質(zhì)

油中雜質(zhì)除水分外，還有其它固體雜質(zhì)，如纖維。吸收水分的纖維在電場(chǎng)力的作用下，沿電場(chǎng)方向排列，組成導(dǎo)電小橋，形成擊穿。此外，還有由于放電所產(chǎn)生的碳粒和氧化所生成的殘?jiān)?，它們都?huì)使電場(chǎng)變得不均勻，還可附著于固體表面，降低沿面放電電壓。四、電場(chǎng)均勻程度

油的純凈度愈高時(shí)，改善電場(chǎng)均勻程度，就愈能使工頻、直流擊穿電壓提高。在品質(zhì)較差的油中，改善電場(chǎng)均勻程度的好處并不顯著，因雜質(zhì)的影響能使電場(chǎng)畸變。在沖擊電壓作用下，由于油中雜質(zhì)的作用減弱，改善了電場(chǎng)，能提高其擊穿