2.2液體介質的擊穿

應用廣泛，作為設備的內絕緣絕緣滅弧散熱純凈的液體介質擊穿場強比氣體高得多（1MV／cm）工程用的液體介質擊穿場強很少超過

300kV／cm

擊穿機理理想：與氣體類似工程：小橋理論

2.2.1液體介質的擊穿機理（小橋理論）工程應用的液體介質不可避免地存在氣泡或雜質如水分、懸浮的固體纖維等

氣泡或雜質在電場作用下，在電極間排列搭成電導性較強的“小橋”

氣泡：容易放電水分流過電流時易發熱氣化，進而形成氣泡纖維相互間容易連接；且對電場產生畸變作用，易導致纖維端部的液體介質放電汽化，產生氣泡雜質小橋通道電導大，電導電流大，容易產生電離進而引起液體介質擊穿

2.2.2影響液體介質擊穿的因素

雜質:電場越均勻，影響越顯著！油中最主要的雜質是水分（溶解/懸浮）氣泡

注入過程（放電）中產生靜置一定時間以消除油中氣泡

溫度關系比較復雜，主要取決于油中水分的狀態（固

、懸浮

、溶解

、汽化

）油體積雜質出現的概率隨油體積的增加而增加，擊穿場強隨之下降電壓形式雜質形成小橋需要時間沖擊擊穿強度比工頻擊穿強度高得多（不：1.4-1.5/均勻：2）絕緣外殼黃銅電極標準試油杯（圖中尺寸均為mm）油間隙距離2.5mm體積效應變壓器油中水分含量為31×10-6時的Ub與d的關系稍不均勻電場T=100℃稍不均勻電場T=20℃極不均勻電場T=20℃隨著間隙長度的增加變壓器油的擊穿場強下降

均勻電場中油（T=90℃）的沖擊擊穿場強與油體積的關系

規律：油的擊穿強度隨油體積的增加而明顯下降。原因：間隙中缺陷(即雜質)出現的概率隨油體積的增加而增大。不能將實驗室中對小體積油的測試結果，直接用于高壓電氣設備絕緣的設計

體積效應電壓形式的影響雜質形成小橋所需的時間，比氣體放電所需時間長，因此油間隙的沖擊擊穿強度比工頻擊穿強度要高得多。極不均勻電場中沖擊系數約為1.4~l.5，均勻場中可達2或更高。-1.2/50μs波

+1.2/50μs波

工頻電壓

稍不均勻電場中變壓器油的擊穿電壓與間距的關系

2.2.3減小雜質影響的措施

過濾

防潮（呼吸器）

祛氣（真空注油）

用固體介質減小油中雜質的影響

覆蓋層：限制泄漏電流/電纜紙、黃蠟布或漆膜絕緣層：覆蓋層厚度增大，本身承擔一定電壓屏障：既阻止雜質“小橋”的形成，又能改善間隙中電場均勻度（最佳位置、厚度）-應用廣泛屏障多了好還是少了好？（P74，習題5.2）2.3固體介質的擊穿

固體介質的固有擊穿強度比液體和氣體介質高特點：擊穿場強與電壓作用的時間有很大關系一旦擊穿，絕緣無法自行恢復

1年=31536000s2.3.1電擊穿

電擊穿過程與氣體中相似，電強足夠強時破壞介質晶格結構導致擊穿體積效應由于材料的不均勻性，導致擊穿場強分散性很大；加大試樣的面積或體積，使材料弱點出現的概率增大，會使擊穿場強降低累積效應固體介質在沖擊電壓多次作用下，局部損傷會逐漸擴大，致使其擊穿電壓Un有可能低于單次沖擊電壓作用時的擊穿電壓U1有機材料固體介質的電擊穿過程與氣體相似，碰撞電離形成電子崩，當電子崩足夠強時破壞介質晶格結構導致擊穿。

固體介質在沖擊電壓多次作用下，其擊穿電壓有可能低于單次沖擊作用時的值。因為固體介質為非自恢復絕緣，如每次沖擊電壓下介質發生部分損傷，則多次作用下部分損傷會擴大而導致擊穿。這種現象為累積效應。有機材料的累積效應無機材料（云母、玻璃等）2.3.2熱擊穿

是一個熱不平衡的過程介質損耗導致發熱和溫度升高溫度升高加劇損耗和發熱發熱與散熱相等，達到平衡溫度發熱大干散熱，溫度不斷上升，造成熱破壞熱擊穿所需時間較長（幾小時~幾分鐘）工頻lmin耐壓不能考驗熱擊穿特性（5~10）隨外加電場頻率的增加，熱擊穿的幾率增大（極化：直流、工頻，高頻）介質發熱（曲線1，2，3）及散熱（曲線4）與介質溫度的關系

U1>U2>U3

發熱曲線3與散熱曲線有Ta和Tc兩個交點，即熱平衡點。Ta穩定，Tc不穩定，

Tc是熱擊穿的臨界溫度。曲線2與曲線4相切，只有一個熱平衡點Tb但不穩定。U2是臨界熱擊穿電壓根本不存在熱平衡點，必然發生熱擊穿2.3.3電化學擊穿

介質長期加電壓引起介質劣化而導致擊穿強度下降局部放電導致絕緣劣化介質內氣隙的局部放電（PartialDischarge，簡稱PD）PD產生活性氣體如O3、NO、NO2等對介質將產生氧化和腐蝕作用帶電粒子對介質表面的撞擊，也會使介質受到機械的損傷和局部的過熱氣隙的產生制造過程：澆注、擠壓成型等絕緣與電極接觸不良2.3.3.1局部放電的等值電路

Cm>>Cg>>Cb

1、微量壓降2、電流脈沖放電前后，間隙g兩端的電壓變化為(Ug-Ur)對間隙g放電的電容量為：

真實放電量Δqr為：

視在放電量Δq=放電時試品上電壓變化ΔU╳試品電容視在放電量可能比真實放電量小得多！

絕緣上的電壓變化：不可測！

單次局部放電的能量設Cg放電時試品上電壓為Ui，則：若近似地認為Ur≈0，則：

故：局部放電單次放電能量也可測！2.3.3.2交流和直流電壓下局部放電的比較

隨著交流電壓頻率的增高，單位時間內局放次數增多，局放對絕緣的危害加大直流下局放頻率很低，其危害性遠小于交流時+++---發電機定子繞組端部絕緣局部放電實測波形

2.3.3.3提高局部放電電壓的措施

各種材料耐受局放的性能不同

無機材料有較強的耐局放性能：陶瓷、云母有機材料耐局放的性能較差：塑料提高絕緣局部放電電壓的措施盡量消除氣隙或設法減小氣隙的尺寸：鋼管油壓電纜設法提高空穴的擊穿場強：用液體介質或高耐電強度的壓縮氣體充填空穴2.4

組合絕緣的特性

電氣設備內部絕緣結構中常用液體與固體介質構成組合絕緣油—屏障絕緣油紙絕緣

組合絕緣強度不僅取決于所用介質的絕緣強度，還與介質的互相配合有關2.4.1油—屏障絕緣與油紙絕緣的特點

油—屏障絕緣

以油為主要絕緣介質，散熱、冷卻作用好屏障的作用：改善油間隙中電場分布和阻止雜質小橋的形成

廣泛用于變壓器中屏障的總厚度不宜取得過大（否則可能引起油中場強增高）油紙絕緣液體介質用作充填固體絕緣中氣隙的浸漬劑固體介質為絕緣的主體油紙絕緣的擊穿強度很高，但散熱比較困難油紙絕緣的直流擊穿場強比交流擊穿場強高得多1—粘浸漬電纜2—充油電纜直流電壓下短時擊穿場強約為交流時二倍以上，其長時間擊穿場強則為交流時三倍以上直流電壓下，油與紙中的場強分配比交流時合理在電壓長時間作用下，油紙絕緣直流局放的危害性比交流時小對同一油紙絕緣，直流耐電強度明顯高于交流！用于交流的油紙絕緣一定能用于直流，反之則不然！2.4.2多介質系統中的電場

2.4.3電場調整的方法

組合絕緣結構的電場調整用分階絕緣的方法來降低電力電纜纜芯附近的場強

在不同絕緣厚度處夾入不同長度的導電箔作為電容極板，調整電場電容套管油紙絕緣的高壓電流互感器改變絕緣材料的形狀以改善電場分布GIS中環氧盤形絕緣子沿面電場分布金屬外殼2.5絕緣的老化

絕緣老化：不可逆的劣化！固體和液體介質在長期運行過程中會發生一些物理變化和化學變化，導致其機械和電氣性能劣化絕緣老化的原因電的作用熱的作用機械力的作用水分、氧化和射線微生物的作用等2.5.1電介質的熱老化

高溫下，短時間內就能發生明顯的損壞熱老化溫度比短時允許溫度低，但作用時間長時，絕緣性能發生的不可逆的變化絕緣的溫度越高，老化越快，壽命越短不同介質材料的耐熱性不同耐熱等級最高允許工作溫度O級：90℃A級：105℃E級：120℃B級：130℃F級：155℃H級：180℃C級：>180℃工作溫度超過規定值時，介質迅速劣化，壽命大大縮短（1/2）A級：8℃規則(油—屏障和油紙絕緣屬A級)B級：10℃規則(大電機絕緣用云母制品屬B級)H級：12℃規則（干式變壓器等）2.5.2介質的電老化

局部放電典型實例：樹枝狀放電：PD引起介質局部損傷，其中沉積碳化物，致使新的缺陷附近產生強場區和新的PD，這樣不斷發展在絕緣中形成樹枝狀的放電通道，最終導致擊穿。電纜的樹枝放電（可觀測）電樹枝：放電通道由具有碳化痕跡的微觀空隙連接形成水樹枝：受潮時由充水的微觀空隙連接形成固體介質耐受局部放電的性能存在差別抗電老化的性能是不同的（有機/無機）絕緣設計時必須選擇合適的工作場強2.5.3機械力的影響

機械應力對絕緣老化的速度有很大影響固體介質內產生裂痕或氣隙導致局部放電舉例：瓷絕緣子的老化懸式絕緣子串中靠近鐵塔懸掛點的最易損壞電機繞組機械力作用，使絕緣受到損傷溫度突變產生內部應力突然降雨使瓷表面驟冷，在其內部產生應力

2.5.4環境的影響

環境條件對絕緣的老化有很大的影響絕緣油的老化（氧化、溫度》》》油枕）戶外絕緣應能耐受日曬雨淋濕熱區域使用的要有抗生物特性材料的相容性絕緣與導體之間（化學反應、相容）支柱絕緣子內屏蔽