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什么是雪崩擊穿?單脈沖雪崩與重復(fù)雪崩有何不同?

工程師鄧生 ? 來源:未知 ? 作者:劉芹 ? 2023-11-24 14:15 ? 次閱讀
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什么是雪崩擊穿?單脈沖雪崩與重復(fù)雪崩有何不同?雪崩擊穿失效機(jī)理是什么?

雪崩擊穿是指在電力系統(tǒng)中,由于過電壓等原因?qū)е陆^緣擊穿,進(jìn)而引發(fā)設(shè)備失效的一種故障現(xiàn)象。在電力系統(tǒng)中,絕緣是保證設(shè)備正常運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一。然而,當(dāng)系統(tǒng)遭受到過電壓沖擊時(shí),絕緣會(huì)受到破壞,造成電弧放電,最終導(dǎo)致設(shè)備損壞甚至引發(fā)火災(zāi)等嚴(yán)重后果。雪崩擊穿是一種常見的絕緣破壞現(xiàn)象,其對電力系統(tǒng)的可靠性和安全性造成了嚴(yán)重的威脅。

在雪崩擊穿中,存在兩種不同的失效模式,即單脈沖雪崩和重復(fù)雪崩。

單脈沖雪崩(Single-Pulse Avalanches)是指由單次過電壓事件引發(fā)的雪崩擊穿。當(dāng)電力系統(tǒng)遭受過電壓沖擊時(shí),例如由雷電等原因引起,電壓會(huì)迅速升高至較高水平,導(dǎo)致局部絕緣受到擊穿,形成電弧放電通路。一旦電弧放電發(fā)生,電弧能量會(huì)迅速釋放,并在放電區(qū)域產(chǎn)生高溫和高壓,瞬間破壞絕緣,導(dǎo)致設(shè)備失效。單脈沖雪崩通常是突發(fā)性的,由于電力系統(tǒng)負(fù)載和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膹?fù)雜性,很難提前進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測和防范。

重復(fù)雪崩(Repetitive Avalanches)是指由于連續(xù)的過電壓事件引發(fā)的雪崩擊穿。在一些特殊的電力系統(tǒng)中,例如大型發(fā)電機(jī)、輸電線路等,由于設(shè)備自身的電氣特性和工作環(huán)境的特殊性,會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)周期性地發(fā)生過電壓沖擊。這些周期性的過電壓事件可能是由于系統(tǒng)的共振、電磁干擾、設(shè)備故障等原因引起的。重復(fù)雪崩的特點(diǎn)是頻繁且有規(guī)律地發(fā)生,給設(shè)備的絕緣系統(tǒng)造成了長期的應(yīng)力和磨損,容易導(dǎo)致絕緣老化和擊穿,最終引發(fā)設(shè)備失效。

雪崩擊穿的失效機(jī)理主要包括以下幾個(gè)方面:

1. 絕緣材料擊穿:當(dāng)電力系統(tǒng)遭受過電壓沖擊時(shí),電壓會(huì)迅速增加到很高的水平,超過了絕緣材料的擊穿強(qiáng)度,使得絕緣材料不能耐受高壓,發(fā)生擊穿。絕緣材料的擊穿可能是由于材料的固有缺陷、破損、污染等引起的。

2. 局部電場增強(qiáng):局部絕緣區(qū)域存在缺陷或者不均勻性時(shí),電場會(huì)在這些區(qū)域集中,電場強(qiáng)度也會(huì)相應(yīng)增強(qiáng)。當(dāng)電壓升高到一定程度時(shí),電場強(qiáng)度可能會(huì)超過絕緣材料的耐受能力,引發(fā)擊穿。

3. 電容電流放電:在過電壓沖擊下,由于電容的存在,會(huì)發(fā)生電荷的累積和放電過程。當(dāng)電容放電時(shí),放電電流可能造成高溫和高壓,引發(fā)局部絕緣的擊穿。特別是對于早期的電力系統(tǒng)或者老化的設(shè)備,電容放電會(huì)加劇絕緣老化和擊穿的風(fēng)險(xiǎn)。

為了防止雪崩擊穿的發(fā)生,電力系統(tǒng)需要采取一系列的預(yù)防措施。例如,使用合適的絕緣材料,定期進(jìn)行絕緣檢測和預(yù)防性維修,加裝過壓保護(hù)裝置,維護(hù)設(shè)備的良好接地等。此外,對于重復(fù)雪崩的情況,還應(yīng)該通過優(yōu)化系統(tǒng)的工作參數(shù)、減少共振現(xiàn)象、提高電力設(shè)備的抗干擾能力等方式,盡可能減少過電壓事件的發(fā)生。

綜上所述,雪崩擊穿是電力系統(tǒng)中的一種常見故障,其失效機(jī)理主要包括絕緣材料擊穿、局部電場增強(qiáng)和電容電流放電等。了解其發(fā)生的原因和機(jī)理,對于預(yù)防和避免雪崩擊穿故障具有重要意義。通過合理的預(yù)防措施和維護(hù)措施,可以降低電力系統(tǒng)遭受雪崩擊穿的風(fēng)險(xiǎn),提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。

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