影響液體電介質擊穿電壓的因素

影響液體電介質擊穿電壓的因素

對液體電介質，通常用標準試油器，又稱標準油杯，按標準試驗方法測得的工頻擊穿電壓來衡量其品質的優劣，而不用擊穿場強值。因為即使是均勻場，擊穿場強E_b也隨間隙距離d的增大而明顯下降，如圖4-16所示。

我國國家標準GB／T507-2002對標準油杯推薦了兩種形狀的電極：一種為球形電極；另一種為球蓋形電極，電極材料為黃銅或不銹鋼。球形電極由兩個直徑為12.5～13.0mm的球電極組成，電極間距離2.5mm；球蓋形電極由兩個直徑為36mm的球蓋形電極組成，電極間距離也為2.5mm，見圖4-17。標準油杯的器壁為透明的有機玻璃。

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對變壓器油，其標準油杯中的擊穿電壓一般為，目前特高壓工程用變壓器油可達70kV；

對電容器油及電纜油，其標準油杯中的擊穿電壓一般為

必須指出，在標準試油杯中測得的油的電氣強度只能作為對油的品質的衡量標準，不能用此數據直接計算在不同條件下油間隙的耐受電壓。

1．雜質（懸浮水、纖維）

水在油中有兩種存在方式，分子狀態溶解或乳化狀態懸浮。水分若溶解于油中，對耐壓

影響不大；若呈懸浮狀，則由于易形成小橋，對擊穿電壓影響較大。

圖4-18中，含水量僅十萬分之幾，就使擊穿電壓顯著下降。若含水量繼續增多，則只增加幾條并聯的擊穿通道，擊穿電壓基本不再下降。當有纖維存在時，含水量對擊穿電壓的影響特別明顯。電場越均勻，雜質對擊穿電壓影響越大，不均勻場因強場處擾動大，雜質不易成橋，故含水量對擊穿電壓的影響小；沖擊電壓下因電壓作用時間太短，雜質來不及形成橋，故含水量對擊穿電壓的影響也小。

2．溫度

溫度對變壓器油擊穿電壓的影響比較復雜，和油的品質、電場均勻度及電壓作用時間有關。在較均勻電場及1min工頻電壓作用下，變壓器油的擊穿電壓和溫度的關系如圖4-19所示。

圖4-19中，曲線1、2分別代表干燥的油和受潮的油的試驗曲線。水在油中有兩種狀態，溶解態和乳化態，前者對油的擊穿電壓影響小，后者影響較大。受潮的油當溫度從0℃逐漸升高時，水分在油中的溶解度也逐漸增大，有一部分乳化態的水分轉變為溶解態，油的擊穿電壓逐漸升高；當溫度超過60～80℃時，部分水分開始汽化，使油的擊穿電壓降低；0℃左右呈乳化態的水分最多，故此時油的擊穿電壓低；溫度再低時水分結成冰粒，不能被電場拉長，此外油也將凝固，因而擊穿電壓增加；對于很干燥的油，就沒有這種變化情況，隨著溫度的升高，油的擊穿電壓只是單調地逐漸稍有降低。

在極不均勻電場中，油中的水分和雜質不易形成小橋，受潮的油的擊穿電壓和溫度的關系，不像均勻電場中那樣復雜，只是隨著溫度的上升，擊穿電壓略有下降。

不論是均勻或不均勻電場，在沖擊電壓下油隙的擊穿電壓和溫度沒有顯著關系，也是雜質和水分來不及形成小橋的緣故。

3．電壓作用時間

電壓作用時間對油的擊穿電壓有很大影響，如圖4-20所示。

在電壓作用時間很短時，擊穿電壓隨時間的變化規律和氣體電介質的伏秒特性相似。當電壓作用時間較長時，主要是受雜質的影響。

電壓作用時間越長，雜質成橋，電介質發熱越充分，故擊穿電壓越低。故一般不太臟的油1min擊穿電壓和長時間擊穿電壓的試驗結果差不多，所以做油耐壓試驗時，只做1min。

4．電場均勻程度
液體電介質擊穿電壓的分散性和電場的均勻程度有關，電場不均勻程度增加，擊穿電壓的分散性減小，工頻擊穿電壓的分散性在極不均勻電場中常不超過5％，而在均勻電場中可達30%~40%
在工頻電壓作用下，如電場較均勻，則油的品質對油隙擊穿電壓的影響很大；如電場極不均勻，則油的品質對油隙擊穿電壓影響很小。這是由于在極不均勻電場下，強電場電極附近強烈電離，帶電質點吸斥運動使油受到強烈擾動，阻礙了小橋的形成。可見，油的純凈程度較高時，改善電場的均勻程度能使工頻或直流電壓下的擊穿電壓明顯提高。但在品質較差的油中，因雜質的聚集和排列已使電場畸變，電場均勻帶來的好處并不明顯。
含雜質的油受沖擊電壓作用時，因為雜質存在慣性來不及形成“小橋"，無論在均勻場還是不均勻場中，油的品質對沖擊擊穿電壓沒有明顯影響，則改善電場均勻程度能提高其擊穿電壓。考慮液體電介質絕緣時，如果運行中能保持油的清潔，或主要承受沖擊電壓的作用，則應盡可能使電場均勻；如果長期承受電壓的作用且油運行中容易變臟和老化，則應想辦法盡量減少雜質的影響。
5．壓力
圖4-21 變壓器油工頻擊穿電壓與壓力的關系
對于工程液體電介質，擊穿電壓是隨壓力的增加而提高的，如圖4-21所示。其原因是隨著壓力的增加，氣體在油中的溶解度增加，氣泡的局部放電起始電壓也提高，這兩個因素都將使液體的擊穿電壓提高。但對于極純凈的液體或在沖擊電壓下，壓力對擊穿電壓基本無影響。這說明了壓力對液體擊穿電壓的影響，主要原因在于油中所含的氣體。總的來說，工程液體電介質擊穿電壓隨壓力而上升的程度遠不如氣隙。