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      提高固體電介質(zhì)擊穿電壓的方法

      2023年06月08日 09:53:10人氣:1514來(lái)源:北京智德創(chuàng)新儀器設(shè)備有限公司

      1、擊穿形式

      根據(jù)擊穿的發(fā)展過(guò)程,固體電介質(zhì)的擊穿可分為3種形式:電擊穿、熱擊穿和電化學(xué)擊穿,同一種電介質(zhì)中發(fā)生何種形式的擊穿,取決于不同的外界因素。隨著擊穿過(guò)程中固體電介質(zhì)內(nèi)部的變化,擊穿過(guò)程可以從一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式。

      1.1 電擊穿

      取決于固體電介質(zhì)中碰撞電離的一種擊穿形式。電場(chǎng)使電介質(zhì)中積聚起足夠數(shù)量和足夠能量的帶電質(zhì)點(diǎn),導(dǎo)致電介質(zhì)喪失絕緣性能。對(duì)于電擊穿有以下幾種不同的理論解釋?zhuān)罕菊鲹舸?、電子崩擊穿和電致機(jī)械應(yīng)力擊穿,通常以本征擊穿代表電擊穿,所以電擊穿有時(shí)又稱本征擊穿。本征擊穿過(guò)程所需時(shí)間為10-8s數(shù)量級(jí),擊穿場(chǎng)強(qiáng)大于1MV/cm

      1.2 熱擊穿

      在電場(chǎng)作用下,固體電介質(zhì)承受的電場(chǎng)強(qiáng)度雖不足以發(fā)生電擊穿,但因電介質(zhì)內(nèi)部熱量積累、溫度過(guò)高而導(dǎo)致失去絕緣能力,從而由絕緣狀態(tài)突變?yōu)榱紝?dǎo)電狀態(tài)。

      1.3 電化學(xué)擊穿

      在電場(chǎng)、溫度等因素作用下,固體電介質(zhì)發(fā)生緩慢的化學(xué)變化,性能逐漸劣化,最終喪失絕緣能力,從而由絕緣狀態(tài)突變?yōu)榱紝?dǎo)電狀態(tài)。電化學(xué)擊穿過(guò)程包括兩部分:因固體電介質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化而引起的電介質(zhì)老化;與老化有關(guān)的擊穿過(guò)程。

      固體電介質(zhì)發(fā)生緩慢化學(xué)變化的原因多種多樣。直流電壓下,固體電介質(zhì)因離子電導(dǎo)而發(fā)生電解,結(jié)果在電極附近形成導(dǎo)電的金屬樹(shù)枝狀物,甚至從一個(gè)電極伸展到另一個(gè)電極。在電場(chǎng)作用下,固體電介質(zhì)內(nèi)部的氣泡中,或不同固體電介質(zhì)之間的氣隙或油隙中,會(huì)發(fā)生局部放電。與固體電介質(zhì)接觸的電極邊緣場(chǎng)強(qiáng)較強(qiáng)的局部區(qū)域內(nèi)如有氣體或液體電介質(zhì),這里也會(huì)發(fā)生局部放電。局部放電的長(zhǎng)期作用會(huì)使固體電介質(zhì)逐步損壞。

      電場(chǎng)越強(qiáng),溫度越高,電壓作用時(shí)間越長(zhǎng),固體電介質(zhì)的化學(xué)變化進(jìn)行得越強(qiáng)烈,其性能的劣化也越嚴(yán)重。

      固體電介質(zhì)的化學(xué)變化通常使其電導(dǎo)增加,這會(huì)使固體電介質(zhì)的溫度上升,因而電化學(xué)擊穿的最終形式是熱擊穿。

      影響因素:影響固體電介質(zhì)擊穿電壓的主要因素有:電場(chǎng)的不均勻程度,作用電壓的種類(lèi)及施加的時(shí)間,溫度,固體電介質(zhì)性能、結(jié)構(gòu),電壓作用次數(shù),機(jī)械負(fù)荷,受潮等。

      2、提高固體擊穿電壓的方法:

      1)改進(jìn)制造工藝,使介質(zhì)可能做到均勻致密。

      2)改進(jìn)絕緣設(shè)計(jì),使電場(chǎng)分布均勻。

      3)改善絕緣的運(yùn)行條件。

      3、提高固體擊穿電壓的具體措施:

      1)通過(guò)精選材料、改善工藝、真空干燥、加強(qiáng)油浸(油、膠、漆),以清除固體電介質(zhì)中殘留的雜質(zhì)、氣泡、水分等。

      如電力電容器內(nèi)部的浸漬劑主要作用是填充固體絕緣介質(zhì)的空隙,以提高介質(zhì)的耐電強(qiáng)度,改善局部放電特性和增強(qiáng)散熱冷卻的能力。由于電容器絕緣介質(zhì)的工作電場(chǎng)強(qiáng)度較高,同時(shí)冷卻條件較差,因此對(duì)浸漬的技術(shù)性能要求較高。目前采用表面粗化薄膜,并在高真空下浸漬而形成的全膜電容器已廣泛應(yīng)用。

      紙絕緣電纜在運(yùn)行過(guò)程中,由于黏性浸漬劑的熱膨脹系數(shù)大,在負(fù)荷、溫度有變動(dòng)體積改變明顯,而鉛鋁護(hù)套受熱后冷卻難以恢復(fù)原有尺寸,絕緣內(nèi)部容易形成氣隙。故黏性浸漬電纜僅適用于35KV以下交流系統(tǒng)。

      更高電壓的油紙電纜選用黏度較低的電纜油浸漬,并加以油壓,以減小油中氣隙,提高絕緣強(qiáng)度。由于薄紙的電氣強(qiáng)度高,通常包纏用的紙帶改用0.0450.075mm的薄紙來(lái)代替常用的0.12mm厚的電纜紙。隨著絕緣材料的發(fā)展,用烷基苯等合成油來(lái)代替電纜油,用薄膜-纖維合成紙來(lái)代替電纜紙。

      2)采取合理的絕緣結(jié)構(gòu)。使各部分絕緣的耐電強(qiáng)度與其承受的場(chǎng)強(qiáng)相匹配;改善電極形狀及表面光潔度,是電場(chǎng)分布均勻;改善電極與絕緣體的接觸狀態(tài),消除接觸觸電的氣隙或使接觸處的氣隙不承受電位差,如用半導(dǎo)體漆。

      帶絕緣(總包絕緣)的三相交流電纜方式,電場(chǎng)屬非同軸圓柱分布,平行于紙層方向?qū)⒊霈F(xiàn)較強(qiáng)的切線分量,從而容易出現(xiàn)滑閃放電。故10KV以上的三芯電纜不用帶絕緣結(jié)構(gòu)而改用分相鉛包(或屏蔽)的,若線芯及金屬護(hù)層表面均光滑,其間絕緣層中的電場(chǎng)分布近于同軸圓柱體電場(chǎng),電場(chǎng)分布較為均勻。

      交流110KV及以上的高壓套管常用電容式套管,它是在導(dǎo)電桿上包以多層絕緣紙構(gòu)成,在層間按設(shè)計(jì)要求位置加有鋁箔,以起到均壓作用。

      油浸式變壓器中常用的絕緣紙有兩種:電纜紙(通常用0.080.12mm厚),主要用于導(dǎo)線絕緣、層間絕緣及引線絕緣等;更薄的電話紙和更柔軟的皺紋紙有利于包緊出線頭、引線等。絕緣紙板常用作繞組間的墊塊、隔板等,或制成絕緣筒及對(duì)鐵軛的角環(huán)等。在電場(chǎng)很不均勻的區(qū)域,如對(duì)鐵軛或高壓引線絕緣,也采用由紙漿制成合適形狀的絕緣成型件,以改善電場(chǎng)分布,防止發(fā)生沿面滑閃放電。通常變壓器繞組與鐵軛間的電場(chǎng)不如繞組中部均勻,故高壓進(jìn)線布置在繞組中部,若需將高壓引線(或自耦變壓器的中壓引線)安置在繞組端部時(shí),需要加進(jìn)靜電板以改善繞組近端部處的電場(chǎng)分布。靜電板是在絕緣環(huán)上用金屬帶包纏成一個(gè)具有較大曲率半徑的不閉合金屬環(huán),再包以很厚的絕緣層。

      (3)在運(yùn)行中,注意防止塵污、防潮和有害氣體的侵蝕,加強(qiáng)散熱冷卻,如自然通風(fēng)、強(qiáng)迫通風(fēng)、氫冷、油冷、水內(nèi)冷等措施。如油、紙絕緣的配合使用,可以彌補(bǔ)各自缺點(diǎn),顯著增強(qiáng)絕緣性能,但紙纖維為多孔性的極性介質(zhì),極易吸收水分,即使經(jīng)過(guò)干燥油浸處理仍會(huì)吸潮。因此,在出廠前變壓器內(nèi)纖維的含水量應(yīng)降低到0.3%0.5%,在現(xiàn)場(chǎng)如需吊芯,務(wù)必選擇晴朗干燥天氣,盡量縮短暴露時(shí)間。對(duì)于長(zhǎng)期停運(yùn)的變壓器再重新投入前,需檢查是否受潮,有時(shí)還可以先預(yù)熱干燥后再投入運(yùn)行。


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