高電壓是技術(shù)ppt課件.ppt

《高電壓是技術(shù)ppt課件.ppt》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、當(dāng)施加于電介質(zhì)的電場增大到相當(dāng)強時，電介質(zhì)的電導(dǎo)就不服從歐姆定律了，實驗表明，電介質(zhì)在強電場下的電流密度按指數(shù)規(guī)律隨電場強度增加而增加，當(dāng)電場進一步增強到某個臨界值時，電介質(zhì)的電導(dǎo)突然劇增，電介質(zhì)便由絕緣狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)，這一躍變現(xiàn)象稱為電介質(zhì)的擊穿。3.3固體電介質(zhì)的擊穿1介質(zhì)發(fā)生擊穿時，通過介質(zhì)的電流劇烈地增加，通常以介質(zhì)伏安特性斜率趨向于∞作為擊穿發(fā)生的標志（見圖3-12）。發(fā)生擊穿時的臨界電壓稱為電介質(zhì)的擊穿電壓，相應(yīng)的電場強度稱為電介質(zhì)的擊穿場強。圖3-12電介質(zhì)擊穿時的伏安特性2與氣體、液體介質(zhì)相比，固體介質(zhì)的擊穿場強較高，但固體介質(zhì)擊穿后材料中留下有不能恢復(fù)

2、的痕跡，如燒焦或熔化的通道、裂縫等，即使去掉外施電壓，也不象氣體、液體介質(zhì)那樣能自行恢復(fù)絕緣性能。固體電介質(zhì)的擊穿中，常見的有熱擊穿、電擊穿和不均勻介質(zhì)局部放電引起擊穿等形式。3圖3-13固體電介質(zhì)擊穿場強與電壓作用時間的關(guān)系電介質(zhì)擊穿場強與電壓作用時間的關(guān)系及不同擊穿形式的范圍示于圖3-13。41.熱擊穿熱擊穿是由于電介質(zhì)內(nèi)部熱不穩(wěn)定過程所造成的。當(dāng)固體電介質(zhì)加上電場時，電介質(zhì)中發(fā)生的損耗將引起發(fā)熱，使介質(zhì)溫度升高。電介質(zhì)的熱擊穿不僅與材料的性能有關(guān)，還在很大程度上與絕緣結(jié)構(gòu)（電極的配置與散熱條件）及電壓種類、環(huán)境溫度等有關(guān)，因此熱擊穿強度不能看作是電介質(zhì)材料的本征特性

3、參數(shù)。52.電擊穿電擊穿是在較低溫度下，采用了消除邊緣效應(yīng)的電極裝置等嚴格控制的條件下，進行擊穿試驗時所觀察到的一種擊穿現(xiàn)象。電擊穿的主要特征是：擊穿場強高；在一定溫度范圍內(nèi)，擊穿場強隨溫度升高而增大，或變化不大。均勻電場中電擊穿場強反映了固體介質(zhì)耐受電場作用能力的最大限度，它僅與材料的化學(xué)組成及性質(zhì)有關(guān)，是材料的特性參數(shù)之一，所以通常稱之為耐電強度或電氣強度。63.不均勻電介質(zhì)的擊穿不均勻電介質(zhì)擊穿是指包括固體、液體或氣體組合構(gòu)成的絕緣結(jié)構(gòu)中的一種擊穿形式。與單一均勻材料的擊穿不同，擊穿往往是從耐電強度低的氣體開始，表現(xiàn)為局部放電，然后或快或慢地隨時間發(fā)展至固體介質(zhì)劣化

4、損傷逐步擴大，致使介質(zhì)擊穿。73.3.1固體電介質(zhì)的熱擊穿3.3.2固體電介質(zhì)的電擊穿3.3.3不均勻電介質(zhì)的擊穿由于實際固體介質(zhì)擊穿還伴隨有機械、熱的、化學(xué)的等復(fù)雜過程，因而至今還沒有建立起可以滿意地解釋所有擊穿現(xiàn)象的理論，但是已經(jīng)有了一些能夠較好說明部分現(xiàn)象的理論，以下將分別加以討論。返回83.3.1固體電介質(zhì)的熱擊穿瓦格納的熱擊穿模型如圖3-14所示。假設(shè)固體介質(zhì)置于平板電極a、b之間，該介質(zhì)有一處或幾處的電阻比其周圍小得多，構(gòu)成電介質(zhì)中的低阻導(dǎo)電通道。1.瓦格納熱擊穿理論圖3-14瓦格納熱擊穿模型9如通道的橫截面積為S，長度為d，電導(dǎo)率為，當(dāng)加上直流電壓U后，電流

5、便主要集中在這導(dǎo)電通道內(nèi)，則每秒鐘內(nèi)導(dǎo)電通道由于電流通過而產(chǎn)生的熱量為圖3-14瓦格納熱擊穿模型(3-28)10每秒鐘內(nèi)由導(dǎo)電通道向周圍介質(zhì)散出的熱量與通道長度d，通道平均溫度T與周圍介質(zhì)溫度T0的溫度差(T﹣T0)成正比，即散熱量為式中，——散熱系數(shù)。電介質(zhì)導(dǎo)電通道的電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系，為式中，——導(dǎo)電通道在溫度T0時的電導(dǎo)率；——溫度系數(shù)。(3-29)(3-30)11由上可知，是溫度的函數(shù)，所以發(fā)熱量Q1也是溫度的函數(shù)，因此對于不同的電壓U值，Q1與T的關(guān)系是一簇指數(shù)曲線（圖3-15），曲線1、2、3分別為在電壓U1、U2、U3（U1＞U2＞U3）作用下，介質(zhì)發(fā)熱量與

6、介質(zhì)導(dǎo)電通道溫度的關(guān)系。圖3-15發(fā)熱與散熱曲線12圖3-15發(fā)熱與散熱曲線從圖3-15可看出：曲線1（電壓為U1時）高于曲線4，固體介質(zhì)內(nèi)發(fā)熱量Q1總是大于散熱量Q2，在任何溫度下都不會達到熱平衡，電介質(zhì)的溫度將不斷地升高，最后導(dǎo)致介質(zhì)熱擊穿。13圖3-15發(fā)熱與散熱曲線曲線3（電壓為U3時）與曲線4有兩個交點Q1=Q2。由于發(fā)熱量等于散熱量，此兩點稱為熱平衡點，a點是穩(wěn)定的熱平衡點，b點是不穩(wěn)定的熱平衡點。因而電介質(zhì)被加熱到通道溫度為ta就停留在熱穩(wěn)定狀態(tài)。14曲線2（電壓為U2時）與曲線4相切，切點c是一個不穩(wěn)定的熱平衡點。因為當(dāng)導(dǎo)電通道溫度t＜tc時，電介質(zhì)發(fā)熱量

7、大于散熱量，溫度將上升到tc；而當(dāng)t＞tc時，發(fā)熱量也大于散熱量，導(dǎo)電通道的溫度將不斷上升，導(dǎo)致熱擊穿。圖3-15發(fā)熱與散熱曲線15相應(yīng)于切點c的熱擊穿臨界電壓圖3-15發(fā)熱與散熱曲線(3-31)可見，曲線2是介質(zhì)熱穩(wěn)定狀態(tài)和不穩(wěn)定狀態(tài)的分界線，所以電壓U2確定為熱擊穿的臨界電壓，tc為熱擊穿的臨界溫度。162.均勻固體電介質(zhì)熱擊穿電壓的確定考慮到介質(zhì)材料通常是在長時間的交、直流電壓或短時間作用的脈沖電壓下工作的，所以可以近似化為兩種極端情況來討論此類方程式的求解問題：電壓作用時間很短，散熱來不及進行的情況，稱這種情況下的擊穿