絕緣電阻測試儀廠家為您闡述電氣裝置絕緣失效的原因
1、擊穿引起的絕緣失效
(1)氣體的擊穿
當(dāng)電場強(qiáng)度超出一定值時(shí)，會造成間隙擊穿。如果間隙過小，也會使電場強(qiáng)度增加而造成氣體擊穿。常見的有，電容器因施加電壓過高而擊穿，因電線裸露而產(chǎn)生的電火花，閉合開關(guān)時(shí)產(chǎn)生的電弧，出現(xiàn)這些情況均說明其氣體電介質(zhì)不再具有絕緣性能。
(2)液體電介質(zhì)的擊穿
液體電介質(zhì)的電氣強(qiáng)度比標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體的要高得多。若油中含有水分等雜質(zhì)后，其電氣強(qiáng)度將嚴(yán)重下降，極易發(fā)生擊穿現(xiàn)象。
(3)固體電介質(zhì)的擊穿
固體電介質(zhì)的擊穿形式有：電擊穿、熱擊穿和電化學(xué)擊穿。同一種電介質(zhì)在不同的外界條件下，可以發(fā)生不同的擊穿形式。
①電擊穿。由于外電場的存在，電離電子在強(qiáng)電場中積累起足夠能量，使其相互間發(fā)生碰撞導(dǎo)致電擊穿。其特點(diǎn)是過程快，擊穿電壓高。②熱擊穿。擊穿電壓隨溫度和電壓作用時(shí)間的延長而迅速下降，這時(shí)的擊穿過程與電介質(zhì)中的熱過程有關(guān)，稱為熱擊穿。環(huán)境溫度和電壓作用時(shí)間增加，熱擊穿電壓下降;電介質(zhì)厚度增加，平均擊穿場強(qiáng)將下降。③電化學(xué)擊穿。在電場作用下，電介質(zhì)中可能因此而發(fā)生化學(xué)變化，不可逆地逐漸增大了電介質(zhì)的電導(dǎo)，最后導(dǎo)致?lián)舸?，稱為電化學(xué)擊穿。由于化學(xué)變化通常導(dǎo)致介質(zhì)損失增加，因而電化學(xué)擊穿的最終形式常是熱擊穿。
(4)沿面擊穿
在實(shí)際的絕緣結(jié)構(gòu)中，固體介質(zhì)周圍往往有氣體或液體介質(zhì)，擊穿常常沿著兩種電介質(zhì)交界面并在電氣強(qiáng)度較低的一側(cè)發(fā)生，稱為沿面擊穿。沿面擊穿電壓比單一介質(zhì)擊穿電壓要低。電容器電極邊緣，電機(jī)線(棒)端部絕緣體很容易發(fā)生沿面放電，對絕緣的損害很大。
2、老化引起的絕緣失效
(1)熱老化
以電纜、導(dǎo)線為例，隨著溫度升高，絕緣體變軟，其抗剪強(qiáng)度就會喪失。在高溫下如果被其他物體擠壓，則絕緣體有可能會發(fā)生塑變甚至使導(dǎo)體外露最終釀成短路;當(dāng)溫度超過絕緣體的額定值時(shí)，將導(dǎo)致絕緣退化(壽命縮短)，還可能造成塑變或炭化，引起過度退化;因過熱而老化并硬化的絕緣體如受到彎曲，就有可能出現(xiàn)裂紋。若溫度低于絕緣體的額定值時(shí)，如果冷導(dǎo)線或電纜受到劇烈彎曲或沖擊時(shí)，絕緣體也會破裂。
線圈短路、燒壞以及絕緣下降在很大程度上皆是由于熱老化而引起的。開關(guān)所受的化學(xué)作用會隨高溫而加速，開關(guān)觸點(diǎn)和接地之間的絕緣電阻會隨溫度升高而降低。高溫還會使觸點(diǎn)和開關(guān)機(jī)構(gòu)的腐蝕速度加快。
(2)電氣老化
當(dāng)絕緣材料承受高壓電場時(shí)，絕緣材料的表面或內(nèi)部空隙會發(fā)生放電。屢次放電所產(chǎn)生的離子電弧和離子運(yùn)動將嚴(yán)重侵蝕絕緣材料，使其絕緣性能下降。
(3)環(huán)境因素引起的老化
電機(jī)周圍有灰塵、腐蝕性氣體、水分、附著的油類和放射線等，使其加速老化。
由于雜質(zhì)離子的存在更容易產(chǎn)生離子電流和發(fā)生離子碰撞，因此一般的電線等導(dǎo)體表面會加防護(hù)套或涂防護(hù)漆，一方面起絕緣作用，另一方面可以保護(hù)導(dǎo)體不受周圍灰塵、氣體的侵蝕。
(4)機(jī)械老化
受啟動—運(yùn)行—停車或負(fù)荷變動所造成的交變負(fù)荷和交變沖擊的影響，絕緣材料與導(dǎo)電體之間因溫差及膨脹系數(shù)差而產(chǎn)生的反復(fù)應(yīng)力與變形，會使絕緣性能下降。另外受電磁力、離心力、振動和重力的作用，絕緣劣化也會加速，這方面尤以轉(zhuǎn)子繞組更明顯。
機(jī)械沖擊一般會造成銜鐵變形，以致在受到?jīng)_擊時(shí)不能保持定位。高頻振動將使彈性元件疲勞或產(chǎn)生共振作用，如果在開關(guān)觸點(diǎn)閉合時(shí)，便會使觸點(diǎn)反跳造成閉合不嚴(yán)，使電氣設(shè)備無法正常工作。
3、電氣裝置絕緣失效的預(yù)防
根據(jù)以上分析，絕緣失效的預(yù)防主要應(yīng)在提高絕緣材料的電阻率和增強(qiáng)電介質(zhì)的擊穿場強(qiáng)兩方面入手。
(1)液體電介質(zhì)的預(yù)防
保持液體電介質(zhì)的純凈度，防止雜質(zhì)混入。在配制蓄電池電解液時(shí)應(yīng)選用蓄電池用硫酸和純水。盛裝電解液的容器必須是陶瓷、玻璃、耐酸塑料或純鉛容器。切不可用銅、鐵容器盛裝電解液。同時(shí)，調(diào)配和加注電解液時(shí)應(yīng)嚴(yán)防雜質(zhì)混入。這就相對減少了電介質(zhì)中的自由離子，從而降低了電介質(zhì)工作時(shí)的電流密度。
(2)固體電介質(zhì)的預(yù)防
固體電介質(zhì)絕緣失效主要由以下4方面原因造成：一是絕緣材料本身的內(nèi)在原因，比如制作時(shí)材料的純度不夠以及固體內(nèi)部產(chǎn)生了一些結(jié)構(gòu)缺陷等。二是外電場的場強(qiáng)過大或者電場兩極間距離太小。三是導(dǎo)體發(fā)熱造成的電介質(zhì)材料老化引起絕緣失效。四是酸、堿、鹽、濕度以及交變磁場和交變應(yīng)力、冷熱沖擊等環(huán)境因素。
因此，為防止固體電介質(zhì)絕緣失效，應(yīng)避免電介質(zhì)受到振動、沖擊、壓力和其他環(huán)境因素所產(chǎn)生的應(yīng)力，防止固體電介質(zhì)變形、移位;應(yīng)使固體電介質(zhì)遠(yuǎn)離酸、堿等腐蝕性很強(qiáng)的液體，或免受強(qiáng)烈射線的照射;電介質(zhì)所處環(huán)境溫度不能過高，這就要求電氣設(shè)備超負(fù)荷工作時(shí)間不能過長。
此外，應(yīng)盡量避免在不均勻電場使用固體電介質(zhì)，防止固體電介質(zhì)的電擊穿。在選擇絕緣材料時(shí)也應(yīng)有所側(cè)重，比如聚合物絕緣體在高溫環(huán)境下趨向于加速退化，而熱固性塑料絕緣材料如酚醛塑料比ABS、聚碳酸脂、聚丙烯或乙縮醛樹脂等工作性能好。
(3)氣體電介質(zhì)的預(yù)防
對于某些電氣設(shè)備內(nèi)部需要真空介質(zhì)的情況，必須確保設(shè)備的嚴(yán)格密封，保持其真空度;保持電介質(zhì)工作環(huán)境無污染、無粉塵等顆粒性物質(zhì)。
濕氣和污物積聚會形成腐蝕性物質(zhì)，損害電容器和其他電子元器件。即使是在標(biāo)準(zhǔn)濕度的大氣條件下，濕氣也很可能圍繞污物積聚起來。如果不工作時(shí)設(shè)備還要承受潮濕侵蝕，必須有充分的防濕措施(如涂層)來加以保護(hù)。
根據(jù)擊穿理論可知，在某些情況下，即使電容器電壓不是很高，也會發(fā)生擊穿現(xiàn)象，就是因?yàn)閮蓸O板之間的距離太小。因此，保持正負(fù)兩極板間的距離不過小，也是防止氣體擊穿的重要手段。
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(1)氣體的擊穿
當(dāng)電場強(qiáng)度超出一定值時(shí)，會造成間隙擊穿。如果間隙過小，也會使電場強(qiáng)度增加而造成氣體擊穿。常見的有，電容器因施加電壓過高而擊穿，因電線裸露而產(chǎn)生的電火花，閉合開關(guān)時(shí)產(chǎn)生的電弧，出現(xiàn)這些情況均說明其氣體電介質(zhì)不再具有絕緣性能。
(2)液體電介質(zhì)的擊穿
液體電介質(zhì)的電氣強(qiáng)度比標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體的要高得多。若油中含有水分等雜質(zhì)后，其電氣強(qiáng)度將嚴(yán)重下降，極易發(fā)生擊穿現(xiàn)象。
(3)固體電介質(zhì)的擊穿
固體電介質(zhì)的擊穿形式有：電擊穿、熱擊穿和電化學(xué)擊穿。同一種電介質(zhì)在不同的外界條件下，可以發(fā)生不同的擊穿形式。
①電擊穿。由于外電場的存在，電離電子在強(qiáng)電場中積累起足夠能量，使其相互間發(fā)生碰撞導(dǎo)致電擊穿。其特點(diǎn)是過程快，擊穿電壓高。②熱擊穿。擊穿電壓隨溫度和電壓作用時(shí)間的延長而迅速下降，這時(shí)的擊穿過程與電介質(zhì)中的熱過程有關(guān)，稱為熱擊穿。環(huán)境溫度和電壓作用時(shí)間增加，熱擊穿電壓下降;電介質(zhì)厚度增加，平均擊穿場強(qiáng)將下降。③電化學(xué)擊穿。在電場作用下，電介質(zhì)中可能因此而發(fā)生化學(xué)變化，不可逆地逐漸增大了電介質(zhì)的電導(dǎo)，最后導(dǎo)致?lián)舸?，稱為電化學(xué)擊穿。由于化學(xué)變化通常導(dǎo)致介質(zhì)損失增加，因而電化學(xué)擊穿的最終形式常是熱擊穿。
(4)沿面擊穿
在實(shí)際的絕緣結(jié)構(gòu)中，固體介質(zhì)周圍往往有氣體或液體介質(zhì)，擊穿常常沿著兩種電介質(zhì)交界面并在電氣強(qiáng)度較低的一側(cè)發(fā)生，稱為沿面擊穿。沿面擊穿電壓比單一介質(zhì)擊穿電壓要低。電容器電極邊緣，電機(jī)線(棒)端部絕緣體很容易發(fā)生沿面放電，對絕緣的損害很大。
2、老化引起的絕緣失效
(1)熱老化
以電纜、導(dǎo)線為例，隨著溫度升高，絕緣體變軟，其抗剪強(qiáng)度就會喪失。在高溫下如果被其他物體擠壓，則絕緣體有可能會發(fā)生塑變甚至使導(dǎo)體外露最終釀成短路;當(dāng)溫度超過絕緣體的額定值時(shí)，將導(dǎo)致絕緣退化(壽命縮短)，還可能造成塑變或炭化，引起過度退化;因過熱而老化并硬化的絕緣體如受到彎曲，就有可能出現(xiàn)裂紋。若溫度低于絕緣體的額定值時(shí)，如果冷導(dǎo)線或電纜受到劇烈彎曲或沖擊時(shí)，絕緣體也會破裂。
線圈短路、燒壞以及絕緣下降在很大程度上皆是由于熱老化而引起的。開關(guān)所受的化學(xué)作用會隨高溫而加速，開關(guān)觸點(diǎn)和接地之間的絕緣電阻會隨溫度升高而降低。高溫還會使觸點(diǎn)和開關(guān)機(jī)構(gòu)的腐蝕速度加快。
(2)電氣老化
當(dāng)絕緣材料承受高壓電場時(shí)，絕緣材料的表面或內(nèi)部空隙會發(fā)生放電。屢次放電所產(chǎn)生的離子電弧和離子運(yùn)動將嚴(yán)重侵蝕絕緣材料，使其絕緣性能下降。
(3)環(huán)境因素引起的老化
電機(jī)周圍有灰塵、腐蝕性氣體、水分、附著的油類和放射線等，使其加速老化。
由于雜質(zhì)離子的存在更容易產(chǎn)生離子電流和發(fā)生離子碰撞，因此一般的電線等導(dǎo)體表面會加防護(hù)套或涂防護(hù)漆，一方面起絕緣作用，另一方面可以保護(hù)導(dǎo)體不受周圍灰塵、氣體的侵蝕。
(4)機(jī)械老化
受啟動—運(yùn)行—停車或負(fù)荷變動所造成的交變負(fù)荷和交變沖擊的影響，絕緣材料與導(dǎo)電體之間因溫差及膨脹系數(shù)差而產(chǎn)生的反復(fù)應(yīng)力與變形，會使絕緣性能下降。另外受電磁力、離心力、振動和重力的作用，絕緣劣化也會加速，這方面尤以轉(zhuǎn)子繞組更明顯。
機(jī)械沖擊一般會造成銜鐵變形，以致在受到?jīng)_擊時(shí)不能保持定位。高頻振動將使彈性元件疲勞或產(chǎn)生共振作用，如果在開關(guān)觸點(diǎn)閉合時(shí)，便會使觸點(diǎn)反跳造成閉合不嚴(yán)，使電氣設(shè)備無法正常工作。
3、電氣裝置絕緣失效的預(yù)防
根據(jù)以上分析，絕緣失效的預(yù)防主要應(yīng)在提高絕緣材料的電阻率和增強(qiáng)電介質(zhì)的擊穿場強(qiáng)兩方面入手。
(1)液體電介質(zhì)的預(yù)防
保持液體電介質(zhì)的純凈度，防止雜質(zhì)混入。在配制蓄電池電解液時(shí)應(yīng)選用蓄電池用硫酸和純水。盛裝電解液的容器必須是陶瓷、玻璃、耐酸塑料或純鉛容器。切不可用銅、鐵容器盛裝電解液。同時(shí)，調(diào)配和加注電解液時(shí)應(yīng)嚴(yán)防雜質(zhì)混入。這就相對減少了電介質(zhì)中的自由離子，從而降低了電介質(zhì)工作時(shí)的電流密度。
(2)固體電介質(zhì)的預(yù)防
固體電介質(zhì)絕緣失效主要由以下4方面原因造成：一是絕緣材料本身的內(nèi)在原因，比如制作時(shí)材料的純度不夠以及固體內(nèi)部產(chǎn)生了一些結(jié)構(gòu)缺陷等。二是外電場的場強(qiáng)過大或者電場兩極間距離太小。三是導(dǎo)體發(fā)熱造成的電介質(zhì)材料老化引起絕緣失效。四是酸、堿、鹽、濕度以及交變磁場和交變應(yīng)力、冷熱沖擊等環(huán)境因素。
因此，為防止固體電介質(zhì)絕緣失效，應(yīng)避免電介質(zhì)受到振動、沖擊、壓力和其他環(huán)境因素所產(chǎn)生的應(yīng)力，防止固體電介質(zhì)變形、移位;應(yīng)使固體電介質(zhì)遠(yuǎn)離酸、堿等腐蝕性很強(qiáng)的液體，或免受強(qiáng)烈射線的照射;電介質(zhì)所處環(huán)境溫度不能過高，這就要求電氣設(shè)備超負(fù)荷工作時(shí)間不能過長。
此外，應(yīng)盡量避免在不均勻電場使用固體電介質(zhì)，防止固體電介質(zhì)的電擊穿。在選擇絕緣材料時(shí)也應(yīng)有所側(cè)重，比如聚合物絕緣體在高溫環(huán)境下趨向于加速退化，而熱固性塑料絕緣材料如酚醛塑料比ABS、聚碳酸脂、聚丙烯或乙縮醛樹脂等工作性能好。
(3)氣體電介質(zhì)的預(yù)防
對于某些電氣設(shè)備內(nèi)部需要真空介質(zhì)的情況，必須確保設(shè)備的嚴(yán)格密封，保持其真空度;保持電介質(zhì)工作環(huán)境無污染、無粉塵等顆粒性物質(zhì)。
濕氣和污物積聚會形成腐蝕性物質(zhì)，損害電容器和其他電子元器件。即使是在標(biāo)準(zhǔn)濕度的大氣條件下，濕氣也很可能圍繞污物積聚起來。如果不工作時(shí)設(shè)備還要承受潮濕侵蝕，必須有充分的防濕措施(如涂層)來加以保護(hù)。
根據(jù)擊穿理論可知，在某些情況下，即使電容器電壓不是很高，也會發(fā)生擊穿現(xiàn)象，就是因?yàn)閮蓸O板之間的距離太小。因此，保持正負(fù)兩極板間的距離不過小，也是防止氣體擊穿的重要手段。
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