电介质物理电介质的击穿

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电力设备电气绝缘国家重点实验室 State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment
求解：
U1
E1d1
2 dd1 1d2 2d1
E
21d 12 21
E
21d 2 21
E
2
2
m2
m2 m1
2
ρ—纸的密度 ρ2 —纤维的密度 m1、m2 —空气、纤维的质量 （m1<<m2）
由图可见，纸的击穿强度的理论计算值与实验值很接近，它表明纸在交 变电压作用下，由于空气隙分配到较高的电场强度，从而因空气隙先击 穿而引起纸介质击穿。也说明双层复合介质击穿理论的正确性。
若为多层复合电介质：
恒定电场：
Ed
Ei
i
n 1
dk rk
交变电场：
Ei＝
i
Ed n dk
1 k
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2
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稳态：
E U U d1 d2 d
E1
2d 1d2 2d1
E
1 2d 1d2 2d1
E
1
C
E
1
E2
1d 1d2 2d1
E
1 2d 1d2 2d1
E
2
C E
2
if 1 2
E1 E2 E
1 2
E1 E E2
如果第一层 E1 E1（b 引起第一层击穿），全部电压 加到第二层上，第二层也就随之击穿。
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本征电击穿
高能判据
电击穿：本征
集合电子近似理论 场致发射击穿
雪崩电击穿 碰撞电离雪崩击穿：40代理论
不均匀介质的击穿
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四.不均匀电介质的击穿
c'E 1 tg 21
E2
1 1 tg 21d
c'E
(1d2tg1 2d1tg2 )2 (1d2 2d1)2 2 1 tg 22
双层介质共有最大击穿电压的条件为
tg 1
E1b1 1 tg21 E2b2 1 tg22
E1b1 E2b 2
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/m
E1
2 1.1
1012
55 1012
100MV
/m
E1b
第一层击穿
E2
U d2
110MV
/m
100MV
/m
第二层也击穿
If： 1 2
E1 E2 55MV / m 100MV / m 都不会击穿
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Q：那么击穿场强与电导率如何配合才能使复合介质的击穿电压最高？
A：
E1
C
E 1
CE 1E1 2E2
此时
E2
C
E 2
CE 1E1b 2E2b
Ub E1bd1 E2bd2 ——复合介质击穿电压最大值
If：交变电压
E1
2 1 tg 22 d
(1d2tg1 2d1tg2 )2 (1d2 2d1)2 1
U1达到空气击穿电压U1b，则纸立即发生击穿
纸的平均电场强度
Eb
U1b d
1
2
2
当空气层厚度d1＝（6～8）μm时，相应的击穿电压U1b≈250V，而纤维的 密度ρ≈1.55×103kg/m3
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50
40
Eb(M/Vm) Eb(M/Vm)
40
12 30
30
2 20
1
20 0.5 0.7 0.9 1.1 1.3
ρ(×103kg/m3) (d＝10-5m) a）
10 5 10 15 20
d(×10-6m) (ρ＝103kg/m3)
b）
未经浸渍的纸质电容器复合介质Eb与a)纸的密度及b)纸的厚度的关系 1－计算曲线 2－实验曲线
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上节课小结
瓦格纳热击穿：低阻通道
固体 介质 的击 穿
热击穿：非本征
均匀固体热击穿
脉冲பைடு நூலகம்击穿
稳态热击穿：T、f、d的影响
低能判据
单电子近似理论
If：脉冲电压
电压作用时间很短，按电容分配
E1
2 1d2 2d1
U，E2
1 1d2 2d1
U
双层介质共有最大击穿电压的条件
E1b1 E2b 2
例：纸质电容器（未浸油时）
d d1 d2
ε 2
ε1＝1
图 5－34 未经浸的纸质 电容器复合介质
纤维 空气
空气中
E1
2d 1 d2 2d1
E
空气层的体积比 θ1＝d1/d 纤维层体积比 2 d2 / d 11
例：d1＝d2＝0.5mm；1＝10－12S/m， 2＝10－11S/m；
E1b＝E2b＝100MV/m，U＝55kV
计算：
E U 55kV 55MV / m d1 d2 0.5 0.5mm
C
1 2d 1d2 2d1
1012 1011 1 0.5(1012 1011)
2 1012 S 1.1
2.边缘效应及其消除方法：
现象：
电极
媒质（气体、液体）
➢ 电场不均匀程度越高，UB随d增长越慢 ➢ 分散性越大
宏观不均匀电介质或复合电介质：
➢气体—液体、液体—固体、气体—固体、固体—固体的不同组合 ➢即使为单一电介质的绝缘结构，材料的不均匀性、杂质气隙等的存在 也不能看作是单一均匀电介质
1.复合电介质的击穿 ①双层复合电介质的击穿
d d2 d1
U
ε1γ1 ε2γ2
RR22
C1
RR11
C2
图 5－33 双层复合电介质及其等效电路