高电压技术主编刘吉来黄瑞梅教案液体绝缘

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1、高电压技术液体的绝缘性能教学目标了解影响液体电介质击穿电压的因素；理解液体电介质击穿的机理；掌握提高液体电介质击穿电压的方法。教学重点工程液体介质的小桥击穿机理、各种影响因素及提高液体介质击穿电压的方法。教学难点小桥击穿机理及提高液体介质击穿电压的方法击穿一旦作用于固体和液体介质的电场强度增大到一定程度时，在介质中出现的电气现象就不再限于前面介绍的极化、电导和介质损耗了。与气体介质相似，液体和固体介质在强电场(高电压)的作用下，也会出现由介质转变为导体的击穿过程。液体介质主要有天然的矿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、气体、固

2、体微粒和纤维等杂质，它们对液体介质的击穿有很大的影响。纯净液体电介质的电击穿理论（电子碰撞电离理论）在外电场足够强时，液体中因强场发射等原因产生的电子，在电场中被加速，电子碰撞液体分子可引起碰撞电离，使电子数倍增，形成电子崩。同时正离子在阴极附近形成空间电荷层增强了阴极附近的电场，使阴极发射的电子数增多，导致液体介质击穿。纯净液体电介质的电击穿理论（电子碰撞电离理论）纯净液体介质的击穿理论与气体放电汤逊理论中的、作用有些相似。但液体密度比气体密度大得多，电子的平均自由行程很小，必须大大提高场强才开始碰撞电离。纯净液体电介质的气泡击穿理论当外加电场较高

3、时，液体介质内会由于各种原因产生气泡：①电子电流加热液体，分解出气体；②电子碰撞液体分子，使之解离产出气体；③静电斥力，电极表面吸附的气泡表面积累电荷，当静电斥力大于液体表面张力时，气泡体积变大；纯净液体电介质的气泡击穿理论液体中出现气泡，在交流电压下，串联介质中电场强度的分布与介质的εr成反比。由于气泡的εr最小，其电气强度又比液体介质低很多，所以气泡必先发生电离。纯净液体电介质的气泡击穿理论气泡电离后温度上升、体积膨胀、密度减小，这促使电离进一步发展。电离产生的带电粒子撞击油分子，使它又分解出气体，导致气体通道扩大。许多电离的气泡在电场中排列成气

4、体小桥，击穿就可能在此通道中发生。非纯净液体电介质的“小桥”击穿理论液体中的杂质在电场力的作用下，在电场方向定向，并逐渐沿电力线方向排列成杂质的“小桥”，由于水和纤维的介电常数分别为81和6—7，比油的介电常数1.8—2.8大得多，从而这些杂质容易极化并在电场方向定向排列。发生两种情况：当“小桥”贯通两电极时，沿“小桥”出现较大的泄漏电流；泄漏电流逐渐加热“小桥”通道，使水分汽化、液体分解产生气体，在小桥周围形成一连串气泡；由于气泡中的场强大于液体中场点，而气体通常较液体容易击穿，导致气泡电离击穿；最终导致两电极之间击穿。非纯净液体电介质的“小桥”击

5、穿理论(1)杂质小桥尚未接通电极时，则纤维等杂质与油串联，由于纤维的εr大以及含水分纤维的电导大，使其端部油中电场强度显著增高并引起电离，于是油分解出气体，气泡扩大，电离增强，这样下去必然会出现由气体小桥引起的击穿。非纯净液体电介质的“小桥”击穿理论（2）当“小桥”贯通两电极时，沿“小桥”出现较大的泄漏电流；泄漏电流逐渐加热“小桥”通道，使水分汽化、液体分解产生气体，在小桥周围形成一连串气泡；由于气泡中的场强大于液体中场点，而气体通常较液体容易击穿，导致气泡电离击穿；最终导致两电极之间击穿。影响液体电介质击穿电压的因素1）杂质（悬浮水、纤维）：杂质的

6、存在将极大地降低液体地击穿电压；电场越均匀、电压作用时间越短，杂质的影响越大。含微量水分的变压器油的击穿电压大幅下降，影响液体电介质击穿电压的因素1）杂质（悬浮水、纤维）：含微量水分的变压器油的击穿电压大幅下降。右图表示在常温下油的含水量对均匀电场油间隙工频击穿电压的影响。当油中含水量达十万分之几时，对击穿电压就有明显影响。当油中还含有其他杂质时，击穿电压的下降程度随杂质的种类和数量而异。影响液体电介质击穿电压的因素2）温度：击穿电压与温度的关系比较复杂，随电场的均匀度、油的品质以及电压类型的不同而异。影响液体电介质击穿电压的因素均匀电场油间隙的工频

7、击穿电压与温度的关系如图所示。影响液体电介质击穿电压的因素在极不均匀电场中，随温度上升，工频击穿电压下降，如图所示影响液体电介质击穿电压的因素不论在均匀电场中还是不均匀电场中，随温度上升，冲击击穿电压均单调地稍有下降。影响液体电介质击穿电压的因素3）电压作用时间油隙的击穿电压会随电压作用时间的增加而下降，施加电压时间还会影响油的击穿性质。影响液体电介质击穿电压的因素在电压作用时间短至几个微秒时击穿电压很高，击穿有时延特性，属电击穿；电压作用时间为数十到数百微秒时，杂质的影响还不能显示出来，仍为电击穿，这时影响油隙击穿电压的主要因素是电场的均匀程度；电

8、压作用时间更长时，杂质开始聚集，油隙的击穿开始出现热过程，于是击穿电压再度下降，为热击穿。影响液体电介质击穿