电化学击穿

更新时间:2022-08-25 18:53

电化学击穿(electrochemical breakdow)是聚合物在高压电场作用下发生介电击穿的一种机理。聚合物表面或内部存在气泡,其中的气体在高压电场作用下,首先发生电离放电,被电场加速的电子和离子轰击聚合物表面,产生的热量引起高分子的热降解,放电生成的臭氧又使聚合物氧化老化,进而导致材料被击穿。

原理及特点

电力设备的绝缘内部常常因为含有气泡或缝隙而使电场发生畸变,由于空气的介电系数又比其他介质的介电系数小.气泡内所承受的场强更大,所以气泡在电场强度比较大时,很容易首先发生游离,出现局部放电,游离产生电子,电子又在电场中获得能量,撞击介质,这样一方面增加介质损耗,另一方面又继续加剧游离,在空气游离的过程中还会产生出臭氧和氧化氮等气体,这些气体起着腐蚀介质的作用。如此不断地循环发展下去,在电、化学等因素的综合作用之下,绝缘逐渐劣化变质,性能下降,最终被击穿。这种现象称作电化学击穿。

电化学击穿的特点是:电压作用的时间相当长(几个月或若干年),击穿是受到日积月累的腐蚀的结果;且往往在设备的运行电压下产生;它通常出现在电气设备的固体绝缘中,特别是耐游离性能差的有机绝缘材料中。

产生原因

引起电化学击穿的直接原因是绝缘内部的局部放电。

因为局部放电时会产生臭氧,很容易使材料发生臭氧裂解;局部放电时会产生氮的氧化物,它与潮气结合生成硝酸,发生腐蚀作用;局部放电产生的高速粒子对绝缘材料的分子链轰击,发生撞击裂解;局部放电还使介质损耗增大.材料局部发热,加速材料耐电性能劣化,最后导致绝缘体在无异常升高的电场强度下被击穿。

影响因素

影响固体介质击穿的因素比较多,主要有以下几种:

(1)电压作用时间。电压作用时间较长时,热的过程起决定性作用。电压作用时间越长,其击穿电压越低。在使用时应注意,很多有机绝缘材料的短时电气强度很高,而其耐局部放电性能往往很差,以致长时间电气强度很低。因此,在不可能用油浸等方法来消除局部放电的绝缘结构中(如高压电机),则需要采用特别耐局部放电的无机绝缘材料(如云母等)。

(2)温度。固体介质周围温度越高,散热条件越差,热击穿电压就越低:不同材料的转折温度不同,即使同一介质材料,厚度越大,散热越困难,热击穿电压就越低,即在较低温度时就出现热击穿。因此,应改善绝缘的工作条件,加强散热冷却,防止臭氧及有害气体与绝缘介质接触等。

(3)电场均匀程度。均匀致密的介质,在均匀电场中的击穿电压较高,且与介质厚度有直线关系;在不均匀电场下,击穿电压随介质厚度增加而下降,当厚度增加时,散热困难,可能出现热击穿,故增加厚度的意义更小。实际工程中使用的固体介质往往很不均匀致密,即使处于均匀电场中,由于含有气泡和杂质或其他缺陷都将使电场畸变,气泡中先行游离,也会逐渐损害到固体介质。

(5)累积效应。在不均匀电场中,当外施电压较高而作用时间较短时,特别是在雷电等冲击电压作用下,虽然已发生较强的局部放电,但由于电压作用时间较短,尚未形成贯穿的放电通道,只是在介质内形成局部损伤或不完全击穿;在多次冲击或工频试验电压下,一系列的不完全击穿将导致介质的完全击穿,反映出随着施加冲击或丁频试验电压次数增多,固体介质的击穿电压将下降的现象。

(6)机械负载。固体介质在使用时可能受到机械负载的作用,使介质发生裂缝,使击穿电压显著降低。

(7)有机固体介质在运行中因热、化学等作用,可能变脆、开裂或松散,失去弹性,从而使击穿电压下降。

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