固體電介質(zhì)的絕緣特性_固體電介質(zhì)的擊穿形式

固體介質(zhì)廣泛用作電氣設(shè)備的內(nèi)絕緣，常見的有絕緣紙、紙板、云母、塑料等。高壓導(dǎo)體總是需要用固體絕緣材料來支持或懸掛，這種固體絕緣稱為絕緣子，而用于制造絕緣子的固體介質(zhì)有電瓷、玻璃、硅橡膠等。高壓絕緣子從結(jié)構(gòu)上可以分為以下三類。

1.（狹義）絕緣子

用作帶電體和接地體之間的絕緣和固定鏈接，如懸式絕緣子、支柱絕緣子、橫擔(dān)絕緣子等。電工陶瓷絕緣子在絕緣子的發(fā)展歷史中占據(jù)了主導(dǎo)地位，鋼化玻璃目前僅用于盤形懸式絕緣子，由環(huán)氧引撥棒和硅像膠傘裙護(hù)套構(gòu)成的合成絕緣子是新一代的絕緣子，具有強(qiáng)度高、重量輕、耐污閃能力強(qiáng)等明顯優(yōu)點(diǎn)。

2.套筒

用作電器內(nèi)絕緣的容器，多數(shù)由電工陶瓷制成，如互感器瓷套、避雷器瓷套及斷路器瓷套等。

3.套管

用作導(dǎo)電體穿過接地隔板、電器外殼和墻壁的絕緣件，如穿越墻壁的穿墻套管，變壓器、電容量的出現(xiàn)套管等。

與氣體、液體介質(zhì)相比，固體介質(zhì)的擊穿場強(qiáng)較高，是非自恢復(fù)絕緣，不像氣體、液體介質(zhì)那樣能自行恢復(fù)絕緣性能。每次沖擊電壓下固體介質(zhì)發(fā)生部分損傷，留下有不能恢復(fù)的痕跡，如燒焦或熔化的通道、裂縫等，多次作用下部分損傷會擴(kuò)大而導(dǎo)致?lián)舸＿@種現(xiàn)象即為固體介質(zhì)的累積效應(yīng)。固體介質(zhì)擊穿的特點(diǎn)是擊穿場強(qiáng)與電壓作用時(shí)間有很大的關(guān)系。隨電壓作用時(shí)間的不同，固體電介質(zhì)的擊穿有熱擊穿、電擊穿和電化學(xué)擊穿三種形式。

1.電擊穿

電擊穿的主要特征是：擊穿場強(qiáng)高（大致在5-15MV/CM范圍），實(shí)用絕緣系統(tǒng)是不可能達(dá)到的。均勻電場中電擊穿場強(qiáng)反映了固體介質(zhì)耐受電場作用能力的最大限度，所以，通常稱之為耐電強(qiáng)度或電氣強(qiáng)度。

2.熱擊穿

如果介質(zhì)中產(chǎn)生的熱量總是大于散熱，則溫度不斷上升，造成材料的熱破壞而導(dǎo)致?lián)舸釗舸┧钑r(shí)間較長，常需要及個(gè)小時(shí)，即使在提高試驗(yàn)電壓時(shí)也常需要好幾分鐘。電介質(zhì)的熱擊穿與材料的性能、絕緣結(jié)構(gòu)及電壓種類、環(huán)境穩(wěn)定等有關(guān)。如在直流電壓下，正常未受潮的絕緣很少發(fā)生熱擊穿。交流電壓的頻率提高時(shí)，熱擊穿的可能性比工頻時(shí)大得多，如中頻感應(yīng)加熱設(shè)備的電容器，一般需要在夾層中通冷卻水加以冷卻。

3.電化學(xué)擊穿

對絕緣施加電壓幾個(gè)月甚至幾年后，擊穿場強(qiáng)仍在下降，這是由于介質(zhì)長期加電壓引起介質(zhì)劣化。介質(zhì)劣化的主要原因往往是介質(zhì)內(nèi)氣隙的局部放電造成的。介質(zhì)中可長期存在局部放電而并不擊穿。局部放電產(chǎn)生的活性氣體，如O3，N0等，對介質(zhì)將產(chǎn)生氧化和腐蝕作用，此外由于帶電粒子對介質(zhì)表面的撞擊，也會使介質(zhì)受到機(jī)械的損傷和局部的過熱，導(dǎo)致介質(zhì)的劣化。然后或快或慢地隨時(shí)間發(fā)展至固體介質(zhì)劣化損傷逐步擴(kuò)大，之時(shí)介質(zhì)擊穿。

因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使絕緣在工作電壓下不發(fā)生局部放電，一是盡量消除氣隙的尺寸，二是設(shè)法提高空穴的擊穿場強(qiáng)。如鋼管油壓電纜中用高壓油來消除電纜絕緣層中可能出現(xiàn)的氣隙，就是一個(gè)應(yīng)用實(shí)例。