哈工大高電壓技術(shù) 2 液體介質(zhì)擊穿

第二節(jié)液體介質(zhì)的擊穿

液體介質(zhì)的擊穿理論

影響液體介質(zhì)擊穿電壓的因素

減少雜質(zhì)影響的方法

液體介質(zhì)主要有天然的礦物油和人工合成油及蓖麻油等植物油。工程中使用的油含有水分、氣體、固體微粒和纖維等雜質(zhì)，它們對液體介質(zhì)的擊穿有很大的影響

一旦作用于固體和液體介質(zhì)的電場強度增大到一定程度時，在介質(zhì)中出現(xiàn)的電氣現(xiàn)象就不再限于前面介紹的極化、電導和介質(zhì)損耗了。與氣體介質(zhì)相似，液體和固體介質(zhì)在強電場(高電壓)的作用下，也會出現(xiàn)由介質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)閷w的擊穿過程一、液體介質(zhì)的擊穿理論(一)電子碰撞電離理論（電擊穿理論）當外加電場較高時，液體介質(zhì)內(nèi)會由于各種原因產(chǎn)生氣泡，如：①電子電流加熱液體，分解出氣體；②電子碰撞液體分子，使之解離，產(chǎn)出氣體；③靜電斥力，電極表面吸附的氣泡表面積累電荷，當靜電斥力大于液體表面張力時，氣泡體積變大；④電極凸起處的電暈引起液體氣化由于串聯(lián)介質(zhì)中，場強的分布與介質(zhì)的介電常數(shù)成反比，氣泡r=1，小于液體的r

，因而氣泡承擔比液體更高的場強，偏偏氣體耐電強度又低，所以氣泡先行電離，一旦電離的氣泡在電場中堆積成氣體通道，則擊穿在此通道內(nèi)發(fā)生（被掩蓋的氣體放電）（二）非純凈液體電介質(zhì)的“小橋”擊穿理論

由于水和纖維的介電常數(shù)分別為81和6~7，比油的介電常數(shù)1.8~2.8大得多，從而這些雜質(zhì)容易極化并在電場方向定向排列成導電纖維橋 纖維橋的導電率高，電流密度大，使纖維附近的潮氣或液體蒸發(fā)，從而形成氣泡并發(fā)生局部熱擊穿(a)(b)(a)形成“小橋”

(b)未形成“小橋”受潮纖維在電極間定向示意圖（缺陷處的局部熱擊穿）二、影響液體擊穿電壓的因素(一)水分和其他雜質(zhì)水在變壓器油中有兩種狀態(tài)：①溶解狀態(tài):高度分散、且分布非常均勻；②懸浮狀態(tài):呈水珠狀一滴一滴懸浮在油中。

右圖表示在常溫下油的含水量對均勻電場油間隙工頻擊穿電壓的影響。當油中含水量達十萬分之幾時，對擊穿電壓就有明顯影響

當油中還含有其他雜質(zhì)時，擊穿電壓的下降程度隨雜質(zhì)的種類和數(shù)量而異

均勻電場油間隙的工頻擊穿電壓與溫度的關(guān)系如右圖所示(二)油溫

擊穿電壓與溫度的關(guān)系比較復雜，隨電場的均勻度、油的品質(zhì)以及電壓類型的不同而異

不論在均勻電場中還是不均勻電場中，隨溫度上升，沖擊擊穿電壓均單調(diào)地稍有下降

在極不均勻電場中，隨溫度上升，工頻擊穿電壓下降，如圖右所示(三)電場均勻度優(yōu)質(zhì)油：保持油不變，而改善電場均勻度，能使工頻擊穿電壓顯著增大，也能大大提高其沖擊擊穿電壓品質(zhì)差的油：改善電場對于提高其工頻擊穿電壓的效果較差

在沖擊電壓下，由于雜質(zhì)來不及形成小橋，故改善電場總是能顯著提高油隙的沖擊擊穿電壓，而與油的品質(zhì)好壞幾乎無關(guān)(四)電壓作用時間

油隙的擊穿電壓會隨電壓作用時間的增加而下降，加電壓時間還會影響油的擊穿性質(zhì)。

從右圖的兩條曲線可以看出：

在電壓作用時間短至幾個微秒時擊穿電壓很高，擊穿有時延特性，屬電擊穿；

電壓作用時間為數(shù)十到數(shù)百微秒時，雜質(zhì)的影響還不能顯示出來，仍為電擊穿，這時影響油隙擊穿電壓的主要因素是電場的均勻程度；

電壓作用時間更長時，雜質(zhì)開始聚集，油隙的擊穿開始出現(xiàn)熱過程，于是擊穿電壓再度下降，為熱擊穿(五)油壓的影響

不論電場均勻度如何，工業(yè)純變壓器油的工頻擊穿電壓總是隨油壓的增加而增加，這是因為油中氣泡的電離電壓增高和氣體在油中的溶解度增大的緣故

經(jīng)過脫氣處理的油，其工頻擊穿電壓幾乎與油壓無關(guān)

從以上討論中可以看出，油中雜質(zhì)對油隙的工頻擊穿電壓有很大的影響，所以對于工程用油來說，應(yīng)設(shè)法減少雜質(zhì)的影響，提高油的品質(zhì)

通?？梢圆捎眠^濾、防潮、祛氣等方法來提高油的品質(zhì)，在絕緣設(shè)計中則可利用“油—屏障”式絕緣(例如覆蓋層、絕緣層和隔板等)來減少雜質(zhì)的影響，這些措施都能顯著提高油隙的擊穿電壓覆蓋層：限制泄露電流，阻止小橋發(fā)展（電纜紙，黃蠟布或漆膜等材料）絕緣層：降低電極表面附近的場強隔板：阻止纖維橋形成，改善電場均勻度三、減小雜質(zhì)影響的方法小結(jié)

液體介質(zhì)的擊穿可用以下理論來解釋：

電子碰撞電離理論（電擊穿理論）（被掩蓋的氣體放電）纖維橋接理論（“小橋”擊穿理