擊穿電壓的主要因素
點(diǎn)擊次數(shù)：2695 更新時(shí)間：2020-11-24
1、電壓作用時(shí)間
如果電壓作用時(shí)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(dāng)然也較高。隨著電壓作用時(shí)間的增長(zhǎng)，擊穿電壓將下降，如果在加電壓后數(shù)小時(shí)才引起擊穿，則熱擊穿往往起主要作用。不過(guò)二者有時(shí)很難分清，例如在工頻交流耐壓試驗(yàn)中的試品被擊穿，常常是電和熱雙重作用的結(jié)果。電壓作用時(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)十小時(shí)甚至幾年才發(fā)生擊穿時(shí)，大多屬于電化學(xué)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(zhǔn)值，縱坐標(biāo)以標(biāo)么值表示。電擊穿與熱擊穿的分界點(diǎn)時(shí)間約在之間，作用時(shí)間大于此值后，熱過(guò)程和電化學(xué)作用使得擊穿電壓明顯下降。不過(guò)擊穿電壓與更長(zhǎng)時(shí)間(圖中達(dá)數(shù)百小時(shí))的擊穿電壓相差已不太大，所以通常可將頻試驗(yàn)電壓作為基礎(chǔ)來(lái)估計(jì)固體介質(zhì)在工頻電壓作用下長(zhǎng)期工作時(shí)的熱擊穿電壓。許多有機(jī)絕緣材料的短時(shí)間電氣強(qiáng)度很高，但它們耐局部放電的性能往往很差，以致長(zhǎng)時(shí)間電氣強(qiáng)度很低，這一點(diǎn)必須予以重視。在那些不可能用油浸等方法來(lái)消除局部放電的絕緣結(jié)構(gòu)中(例如旋轉(zhuǎn)電機(jī))，就必須采用云母等耐局部放電性能好的無(wú)機(jī)絕緣材料。
2、電場(chǎng)均勻程度和介質(zhì)的厚度
處于均勻電場(chǎng)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(chǎng)中，介質(zhì)厚度增加將使電場(chǎng)更不均勻，于是擊穿電壓不再隨厚度的增加而線性上升。當(dāng)厚度增加使散熱困難到可能引起熱擊穿時(shí)，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(shí)即使處于均勻電場(chǎng)中，介質(zhì)內(nèi)部的電場(chǎng)分布也是不均勻的，大電場(chǎng)強(qiáng)度集中在氣隙處，使擊穿電壓下降。如果經(jīng)過(guò)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(chǎng)均勻度的改變，則擊穿電壓與頻率幾乎無(wú)關(guān)。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(shí)的擊穿電壓為(有效值)，而在高頻時(shí)擊穿電壓僅為(有效值)。這事因?yàn)轭l率上升介質(zhì)損耗上升，導(dǎo)致發(fā)熱，促使熱擊穿過(guò)程的發(fā)展。
4、溫度
固體介質(zhì)在某個(gè)溫度范圍內(nèi)其擊穿性質(zhì)屬于電擊穿，這時(shí)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)很高，且與溫度幾乎無(wú)關(guān)。超過(guò)某個(gè)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(xiǎn)。不同的固體介質(zhì)其耐熱性和耐熱等級(jí)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(duì)固體介質(zhì)擊穿電壓的影響與材料的性質(zhì)有關(guān)。對(duì)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(shí)的百分之幾或更低，這是因?yàn)殡妼?dǎo)率和介質(zhì)損耗大大增加的緣故。所以高壓絕緣結(jié)構(gòu)在制造時(shí)要注意除去水分，在運(yùn)行中要注意防潮，并定期檢查受潮情況。
6、累積效應(yīng)
固體介質(zhì)在不均勻電場(chǎng)中以及在幅值不很高的過(guò)電壓，投標(biāo)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(shí)，局部損失會(huì)逐步發(fā)展，這稱為累積效應(yīng)。顯然，它會(huì)導(dǎo)致固體介質(zhì)擊穿電壓的下降。
在幅值不高的內(nèi)部過(guò)電壓下以及幅值雖高、但作用時(shí)間很短的雷電過(guò)電壓下，由于加電壓時(shí)間短，可能來(lái)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(qiáng)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(shè)備，隨著施加沖擊或工頻試驗(yàn)電壓次數(shù)的增多，可能因累積效應(yīng)而使其擊穿電壓下降。因此，在確定這類電氣設(shè)備耐壓試驗(yàn)加電壓次數(shù)和試驗(yàn)電壓值時(shí)，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。
7、電介質(zhì)的老化
電氣設(shè)備在長(zhǎng)期運(yùn)行中，其介質(zhì)不可避免的要承受熱的、電的、化學(xué)的和機(jī)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(dǎo)變大、變大和絕緣強(qiáng)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(chǎng)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。
