絕緣材料3種不同電壓擊穿方式說(shuō)明
在強電場(chǎng)作用下,電介質(zhì)喪失電絕緣能力的現象。分為固體電介質(zhì)擊穿、液體電介質(zhì)擊穿和氣體電介質(zhì)擊穿3種。
固體電介質(zhì)擊穿導致?lián)舸┑淖畹团R界電壓稱(chēng)為擊穿電壓。均勻電場(chǎng)中,擊穿電壓與介質(zhì)厚度之比稱(chēng)為擊穿電場(chǎng)強度(簡(jiǎn)稱(chēng)擊穿場(chǎng)強,又稱(chēng)介電強度)。它反映固體電介質(zhì)自身的耐電強度。不均勻電場(chǎng)中,擊穿電壓與擊穿處介質(zhì)厚度之比稱(chēng)為平均擊穿場(chǎng)強,它低于均勻電場(chǎng)中固體介質(zhì)的介電強度。固體介質(zhì)擊穿后,由于有巨大電流通過(guò),介質(zhì)中會(huì )出現熔化或燒焦的通道,或出現裂紋。脆性介質(zhì)擊穿時(shí),常發(fā)生材料的碎裂,可據此破碎非金屬礦石。固體電介質(zhì)擊穿有3種形式:電擊穿、熱擊穿和電化學(xué)擊穿。
電擊穿是因電場(chǎng)使電介質(zhì)中積聚起足夠數量和能量的帶電質(zhì)點(diǎn)而導致電介質(zhì)失去絕緣性能。熱擊穿是因在電場(chǎng)作用下,電介質(zhì)內部熱量積累、溫度過(guò)高而導致失去絕緣能力。電化學(xué)擊穿是在電場(chǎng)、溫度等因素作用下,電介質(zhì)發(fā)生緩慢的化學(xué)變化,性能逐漸劣化,zui終喪失絕緣能力。固體電介質(zhì)的化學(xué)變化通常使其電導增加,這會(huì )使介質(zhì)的溫度上升,因而電化學(xué)擊穿的最終形式是熱擊穿。溫度和電壓作用時(shí)間對電擊穿的影響小,對熱擊穿和電化學(xué)擊穿的影響大;電場(chǎng)局部不均勻性對熱擊穿的影響小,對其他兩種影響大。
液體電介質(zhì)擊穿純凈液體電介質(zhì)與含雜質(zhì)的工程液體電介質(zhì)的擊穿機理不同。對前者主要有電擊穿理論和氣泡擊穿理論,對后者有氣體橋擊穿理論。沿液體和固體電介質(zhì)分界面的放電現象稱(chēng)為液體電介質(zhì)中的沿面放電。這種放電不僅使液體變質(zhì),而且放電產(chǎn)生的熱作用和劇烈的壓力變化可能使固體介質(zhì)內產(chǎn)生氣泡。
經(jīng)多次作用會(huì )使固體介質(zhì)出現分層、開(kāi)裂現象,放電有可能在固體介質(zhì)內發(fā)展,絕緣結構的擊穿電壓因此下降。脈沖電壓下液體電介質(zhì)擊穿時(shí),常出現強力氣體沖擊波(即電水錘),可用于水下探礦、橋墩探傷及人體內臟結石的體外破碎。
氣體電介質(zhì)擊穿在電場(chǎng)作用下氣體分子發(fā)生碰撞電離而導致電極間的貫穿性放電。其影響因素很多,主要有作用電壓、電板形狀、氣體的性質(zhì)及狀態(tài)等。氣體介質(zhì)擊穿常見(jiàn)的有直流電壓擊穿、工頻電壓擊穿、高氣壓電擊穿、沖擊電壓擊穿、高真空電擊穿、負電性氣體擊穿等。
空氣是很好的氣體絕緣材料,電離場(chǎng)強和擊穿場(chǎng)強高,擊穿后能迅速恢復絕緣性能,且不燃、不爆、不老化、無(wú)腐蝕性,因而得到廣泛應用。為提供高電壓輸電線(xiàn)或變電所的空氣間隙距離的設計依據(高壓輸電線(xiàn)應離地面多高等),需進(jìn)行長(cháng)空氣間隙的工頻擊穿試驗。