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高电压技术
高电压工程系 刘春
三、提高液体电介质击穿电压的方法
提高以及保持油的品质——过滤、防潮、脱气 油和固体电介质组合 ——覆盖层 ——绝缘层 ——屏障
2.3 固体电介质的击穿
气、固、液三种电介质中，固体密度最大，耐电强度 最高 空气的耐电强度一般在3 — 4 kV/mm左右； 液体的耐电强度在10 — 20 kV/mm； 固体的耐电强度在十几 — 几百kV/mm
固体电介质的击穿过程最复杂，且击穿后是唯一不可 恢复的绝缘
普遍规律：任何介质的击穿总是从电气性能最薄弱的 缺陷处发展起来的，这里的缺陷可指电场的集中，也可指 介质的不均匀性
击穿电压与电压作用时间的关系
Ub
1
2
3
电击穿
热击穿
电化学击穿
10-6 10-3 1 103 106 109
t(s)
固体击穿电压与电压作用时间的关系
这两个区域内的击穿都具有 电击穿的性质
500
450 400
350
300 区域A 区域B
250
Φ50
200
区域C
150 100
Φ100
μs 50
s min
278h
0பைடு நூலகம்
10-1 1 10 1 10 2 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012
时间（μs）
电工纸板的击穿电压 与电压作用时间的关系
固有击穿理论——单位时间内传导电子从电场 获得的能量与因碰撞而失去的能量不平衡而引 起击穿
电子崩击穿理论——传导电子由电场得到了可 使晶格原子电离的能量，产生了电子崩，当电 子崩发展到足够强时（d足够大），引起固体 介质击穿
（2）热击穿理论
介质内部的热不平衡过程所造成的。电导电流 和介质极化引起介质损耗，使介质发热，介质 温度升高，而介质的电导率随温度的升高而急 剧增大，所以电流进一步增大，损耗、发热也 随之增加。发热和散热的不平衡导致。
热击穿的特点：击穿电压随环境温度的升高按 指数规律降低；击穿电压与散热条件有关，如 介质厚度大，则散热困难，因此击穿电压并不 随介质厚度成正比增加；当电压频率增大时， 击穿电压将下降；击穿电压与电压作用时间有 关。
（3）电化学击穿理论
介质劣化的结果。 介质的局部区域发生局部放电，这种放电并不
电击穿的特点：电压作用时间短，击穿电压高， 击穿电压与环境温度无关，与电场均匀程度有密 切关系，与电压作用时间关系很小。
当固体电介质的介质损耗很小、有良好的散热条 件，且内部不存在局部放电，这种情况下发生的 击穿通常是电击穿。其击穿场强一般可达105～ 106kV／m 。
碰撞电离引起击穿的解释
区域C：击穿电压随击穿前 时间的增加而明显下降，具 有热击穿的特点 区域D ：C区以外
A、B 区：属于电击穿 C 区：属于热击穿 D 区：为电化学击穿、电老 化，击穿时间在几十 个小时以上，甚至几年
击穿电压为一分钟耐压的百分比数（％） 15.3
500
450 400
350
300 区域A 区域B
250
立即形成贯穿性通道，而是非完全击穿，它使 介质引起化学离解，形成树枝状通道，这些树 枝状通道，随时间推移不断伸长，使绝缘进一 步劣化，最终发展到整个电介质击穿。 电化学击穿的特点：由于它是绝缘性能下降之 后发生的击穿，因此击穿电压比电击穿和热击 穿低。电化学击穿不发生在很高电压下，而是 在较低电压下甚至是工作电压下发生。
Φ50
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区域C
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时间（μs）
电工纸板的击穿电压 与电压作用时间的关系
二、 固体介质击穿理论 （1）电击穿理论
电击穿理论建立在固体电介质中发生碰撞电离基 础上，固体电介质中存在少量传导电子，在电场 加速下与晶格结点上的原子碰撞，从而导致击穿
一、固体电介质的击穿过程
击穿电压为一分钟耐压的百分比数（％） 15.3
1. 固体电介质击穿特性的划分
区 域 A ： 击 穿 时 间 小 于 10s
的区域，此范围内击穿电压 随击穿时间的缩短而提高。 类似于气体介质击穿的伏秒 特性
区 域 B ： 击 穿 时 间 在 10 s
0.2s范围的区域，此范围内 击穿电压恒定，与时间无关
高电压工程系 刘春
三、提高液体电介质击穿电压的方法
提高以及保持油的品质——过滤、防潮、脱气 油和固体电介质组合 ——覆盖层 ——绝缘层 ——屏障
2.3 固体电介质的击穿
气、固、液三种电介质中，固体密度最大，耐电强度 最高 空气的耐电强度一般在3 — 4 kV/mm左右； 液体的耐电强度在10 — 20 kV/mm； 固体的耐电强度在十几 — 几百kV/mm
固体电介质的击穿过程最复杂，且击穿后是唯一不可 恢复的绝缘
普遍规律：任何介质的击穿总是从电气性能最薄弱的 缺陷处发展起来的，这里的缺陷可指电场的集中，也可指 介质的不均匀性
击穿电压与电压作用时间的关系
Ub
1
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电击穿
热击穿
电化学击穿
10-6 10-3 1 103 106 109
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固体击穿电压与电压作用时间的关系
这两个区域内的击穿都具有 电击穿的性质
500
450 400
350
300 区域A 区域B
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Φ50
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区域C
150 100
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0பைடு நூலகம்
10-1 1 10 1 10 2 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012
时间（μs）
电工纸板的击穿电压 与电压作用时间的关系
固有击穿理论——单位时间内传导电子从电场 获得的能量与因碰撞而失去的能量不平衡而引 起击穿
电子崩击穿理论——传导电子由电场得到了可 使晶格原子电离的能量，产生了电子崩，当电 子崩发展到足够强时（d足够大），引起固体 介质击穿
（2）热击穿理论
介质内部的热不平衡过程所造成的。电导电流 和介质极化引起介质损耗，使介质发热，介质 温度升高，而介质的电导率随温度的升高而急 剧增大，所以电流进一步增大，损耗、发热也 随之增加。发热和散热的不平衡导致。
热击穿的特点：击穿电压随环境温度的升高按 指数规律降低；击穿电压与散热条件有关，如 介质厚度大，则散热困难，因此击穿电压并不 随介质厚度成正比增加；当电压频率增大时， 击穿电压将下降；击穿电压与电压作用时间有 关。
（3）电化学击穿理论
介质劣化的结果。 介质的局部区域发生局部放电，这种放电并不
电击穿的特点：电压作用时间短，击穿电压高， 击穿电压与环境温度无关，与电场均匀程度有密 切关系，与电压作用时间关系很小。
当固体电介质的介质损耗很小、有良好的散热条 件，且内部不存在局部放电，这种情况下发生的 击穿通常是电击穿。其击穿场强一般可达105～ 106kV／m 。
碰撞电离引起击穿的解释
区域C：击穿电压随击穿前 时间的增加而明显下降，具 有热击穿的特点 区域D ：C区以外
A、B 区：属于电击穿 C 区：属于热击穿 D 区：为电化学击穿、电老 化，击穿时间在几十 个小时以上，甚至几年
击穿电压为一分钟耐压的百分比数（％） 15.3
500
450 400
350
300 区域A 区域B
250
立即形成贯穿性通道，而是非完全击穿，它使 介质引起化学离解，形成树枝状通道，这些树 枝状通道，随时间推移不断伸长，使绝缘进一 步劣化，最终发展到整个电介质击穿。 电化学击穿的特点：由于它是绝缘性能下降之 后发生的击穿，因此击穿电压比电击穿和热击 穿低。电化学击穿不发生在很高电压下，而是 在较低电压下甚至是工作电压下发生。
Φ50
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区域C
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Φ100
μs 50
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时间（μs）
电工纸板的击穿电压 与电压作用时间的关系
二、 固体介质击穿理论 （1）电击穿理论
电击穿理论建立在固体电介质中发生碰撞电离基 础上，固体电介质中存在少量传导电子，在电场 加速下与晶格结点上的原子碰撞，从而导致击穿
一、固体电介质的击穿过程
击穿电压为一分钟耐压的百分比数（％） 15.3
1. 固体电介质击穿特性的划分
区 域 A ： 击 穿 时 间 小 于 10s
的区域，此范围内击穿电压 随击穿时间的缩短而提高。 类似于气体介质击穿的伏秒 特性
区 域 B ： 击 穿 时 间 在 10 s
0.2s范围的区域，此范围内 击穿电压恒定，与时间无关