高電壓技術(shù)

在電氣設(shè)備的內(nèi)絕緣中一般都離不開固體介質(zhì)。與氣體、液體介質(zhì)相比，固體介質(zhì)通常具有更高的擊穿場(chǎng)強(qiáng)，發(fā)生擊穿后其絕緣性能往往不能恢復(fù)。一、固體電介質(zhì)的擊穿機(jī)理

固體介質(zhì)的擊穿有電擊穿、熱擊穿和電化學(xué)擊穿三種形式。1.電擊穿過(guò)程

固體介質(zhì)的電擊穿與氣體介質(zhì)的擊穿類似，是以碰撞游離為基礎(chǔ)的，認(rèn)為在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，固體介質(zhì)中存在的少量自由電子積聚足夠的動(dòng)能后，與中性原子發(fā)生碰撞并使其游離產(chǎn)生電子崩，從而引起擊穿。

電擊穿是由強(qiáng)電場(chǎng)引起的，其特點(diǎn)是：擊穿電壓高，擊穿時(shí)間短；擊穿前介質(zhì)發(fā)熱不顯著；擊穿電壓與電場(chǎng)的均勻程度有關(guān)，而與周圍環(huán)境溫度無(wú)關(guān)。2.熱擊穿過(guò)程

在電壓作用下，固體介質(zhì)存在著由介質(zhì)損耗而引起的發(fā)熱過(guò)程和向周圍媒介的散熱過(guò)程，如果外加電壓較低，則在溫度達(dá)到某一值時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量將等于散熱量，溫度不再升高。但如果外加電壓升高至某一臨界值，則在擊穿前單位時(shí)內(nèi)的發(fā)熱量始終大于散熱量，介質(zhì)的溫度將不斷升高，直至造成介質(zhì)發(fā)生局部分分解、熔化、燒焦等，使介質(zhì)永遠(yuǎn)喪失其絕緣性能。這種由熱狀態(tài)引起的為熱擊穿。

熱擊穿的主要特點(diǎn)是：擊穿電壓相對(duì)較低，擊穿時(shí)間也相對(duì)較長(zhǎng)；擊穿前介質(zhì)發(fā)熱顯著，溫度較高；擊穿電壓與介質(zhì)溫度有很大關(guān)系，即與電壓作用時(shí)間、周圍環(huán)境溫度、散熱條件等關(guān)系密切。3.電化學(xué)擊穿過(guò)程

固體介質(zhì)在電、熱化學(xué)和機(jī)械力的長(zhǎng)期作用下，會(huì)逐漸發(fā)生某些物理化學(xué)過(guò)程，其絕緣性能及其他性能也逐漸劣化，這種現(xiàn)象稱為絕緣的老化，由于絕緣的老化而最終導(dǎo)致的電擊穿或熱擊穿稱為電化學(xué)擊穿。

由于電化學(xué)擊穿是在固體介質(zhì)的絕緣性能下降之后的擊穿，故其擊穿電壓要比前述的電擊穿和熱擊穿的擊穿電壓低。又因電化學(xué)擊穿是在電壓的長(zhǎng)時(shí)間作用下逐步發(fā)展形成的，故其擊穿時(shí)間一般很長(zhǎng)。二、影響固體介質(zhì)擊穿電壓的因素1.電壓作用時(shí)間

一般來(lái)說(shuō)，電壓作用時(shí)間很短（如0.1s以下）時(shí)所發(fā)生的擊穿為電擊穿，電壓作用時(shí)間較長(zhǎng)（幾分鐘到數(shù)十個(gè)小時(shí)）時(shí)所發(fā)生的擊穿為熱擊穿，電壓作用時(shí)間更長(zhǎng)（數(shù)十個(gè)小時(shí)到若干年）時(shí)才發(fā)生的擊穿為電化學(xué)擊穿。電壓作用時(shí)間越長(zhǎng)．擊穿電壓越低。2.溫度3.電場(chǎng)均勻程度4.電壓的種類5.累積效應(yīng)極不均勻電場(chǎng)中，當(dāng)作用在固體介質(zhì)上的電壓為幅值較低或作用時(shí)間較短的沖擊電壓時(shí)，會(huì)在固體介質(zhì)中形成局部損傷或不完全擊穿，這些不完全擊穿每施加一次沖擊電壓就向前延伸一步，隨著加壓次數(shù)的增加，介質(zhì)的擊穿電壓也隨之下降，這種現(xiàn)象就稱為累積效應(yīng)。大部分有機(jī)絕緣材料都有明顯的累積效應(yīng)。6.受潮固體介質(zhì)受潮后，其電導(dǎo)率和介質(zhì)損耗均迅速增大，擊穿電壓也大幅降低。7.機(jī)械負(fù)荷對(duì)均勻和嚴(yán)密的固體介質(zhì)，在彈性限度內(nèi)，機(jī)械應(yīng)力對(duì)擊穿電壓無(wú)影響；對(duì)層間具有孔隙的多層不均勻介質(zhì)，機(jī)械應(yīng)力可能使介質(zhì)中的孔隙減少或縮小，從而使擊穿電壓提高；但機(jī)械應(yīng)力也可能使本來(lái)完好的介質(zhì)產(chǎn)生小裂縫，如小裂縫中進(jìn)入空氣，固體介質(zhì)的擊穿電壓將顯著降低。三、提高固體介質(zhì)擊穿電壓的方法

1.改進(jìn)制造工藝。如通過(guò)精選材料、真空干燥、加強(qiáng)浸漬（浸油、膠、漆等），盡可能清除介質(zhì)中的雜質(zhì)、氣泡、水分等，使介質(zhì)盡可能均勻致密。2.改進(jìn)絕緣設(shè)計(jì)。如采用合理的絕緣結(jié)構(gòu)，使各部分絕緣的耐電強(qiáng)度與其所承擔(dān)的場(chǎng)強(qiáng)有適當(dāng)?shù)呐浜?；改迸電極形狀，消除電極表面的棱角、毛刺等，使電場(chǎng)盡可能均勻；改善電極與介質(zhì)間的接觸狀況，消除接觸處的氣隙或采用短路的方法消除氣隙的影響。3.改善運(yùn)行條件。如注意防潮、防塵污和各種有害氣體的侵蝕；加強(qiáng)散熱冷卻，避免過(guò)負(fù)荷運(yùn)行等。四、組合絕緣的擊穿特性

將多種介質(zhì)進(jìn)行組合應(yīng)用時(shí)還應(yīng)注意的一個(gè)重要原則，是使各種介質(zhì)的特性相互合理配合，優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行互補(bǔ)。

例：油紙絕緣五、電介質(zhì)的老化

作為電氣設(shè)備內(nèi)絕緣的液體、固體電介質(zhì)，在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)發(fā)生老化現(xiàn)象，引起老化因素很多，主要有電的作用、熱的作用、機(jī)械力的作用及周圍環(huán)境中水分、氧氣等的作用各種不同的因素除了本身能對(duì)絕緣產(chǎn)生老化作用以外，還常?；ハ嘤绊懀ハ啻龠M(jìn)，從而加速絕緣的老化進(jìn)程。1．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。2．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。3.機(jī)械老化作為內(nèi)絕緣的固體介質(zhì)在運(yùn)行中往往要承受較大的重力和電動(dòng)力的作用，在這些力的作用下會(huì)形成裂