4.1液体介质的击穿

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1、第一节液体介质的击穿纯净液体介质的击穿理论工程用变压器油的击穿过程及其特点变压器油击穿电压的影响因素及其提高的方法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。一、纯净液体介质的击穿理论(一)电子碰撞电离理论（电击穿理论）在外电场足够强时，电子在碰撞液体分子可引起电离，

2、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。(二)气泡击穿理论（小桥理论）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。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

3、离的气泡在电场中排列成气体小桥，击穿就可能在此通道中发生。二、工程用变压器油的击穿过程及其特点可用气泡击穿理论来解释击穿过程，它依赖于气泡的形成、发热膨胀、气泡通道扩大并积聚成小桥，有热的过程，属于热击穿的范畴。由于水和纤维的εr很大，易沿电场方向极化定向，并排列成杂质小桥。发生两种情况：(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。(2)如果杂质小桥尚未接通电极，因小桥的电导大而导致泄漏电流增大，发热会促使汽

4、化，气泡扩大，发展下去会出现气体小桥，使油隙发生击穿。判断变压器油的质量，主要依靠测量其电气强度、tgδ和含水量。其中最重要的实验项目就是测量油的工频击穿电压。三、变压器油击穿电压的影响因素及其提高的方法(一)水分和其他杂质水在变压器油中有两种状态：①溶解状态:高度分散、且分布非常均匀；②悬浮状态:呈水珠状一滴一滴悬浮在油中。图3-16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。(二)油温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

5、以及电压类型的不同而异。均匀电场油间隙的工频击穿电压与温度的关系如图3-18所示；在极不均匀电场中，随温度上升，工频击穿电压下降，如图3-19所示：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。(三)电场均匀度优质油：保持油不变，而改善电场均匀度，能使工频击穿电压显著增大，也能大大提高其冲击击穿电压。品质差的油：改善电场对于提高其工频击穿电压的效果较差。在冲击电压下，由于杂质来不及形成小桥，故改善电场总是能显著提高油隙的冲击击穿电压，而与油的品质好坏几乎无关。(四)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，加电压时间还会影响油的

6、击穿性质。从图3—20的两条曲线可以看出：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。(五)油压的影响不论电场均匀度如何，工业纯变压器油的工频击穿电压总是随油压的增加而增加，这是因为油中气泡的电离电压增高和气体在油中的溶解度增大的缘故经过脱气处理的油，其工频击穿电压几乎与油压无关。从以上讨论中可以看出，油中杂质对油隙的工频击穿电压有很大的影响

7、，所以对于工程用油来说，应设法减少杂质的影响，提高油的品质。通常可以采用过滤、防潮、祛气等方法来提高油的品质，在绝缘设计中则可利用“油—屏障”式绝缘(例如覆盖层、绝缘层和隔板等)来减少杂质的影响，这些措施都能显著提高油隙的击穿电压。小结纯净液体介质的击穿可用以下理论来解释：电子碰撞电离理论气体小桥理论用气泡击穿理论来解释工程用变压器油击穿过程变压器油击穿电压的影响因素水分和其他杂质油温电场均匀度电压作用时间油压的影响