絕緣油等液體擊穿電壓的過程及影響因素

一、液體介質(zhì)擊穿過程

對液體介質(zhì)施加電壓，當(dāng)電壓達(dá)一定值時，將使液體發(fā)生擊穿，純凈液體介質(zhì)的擊穿過程可用碰撞游離來解釋，即電子從電極上或液體分子本身分裂出來，是在電場作用下發(fā)生的。

純凈液體介質(zhì)擊穿場強雖高，但其提純極其復(fù)雜，而且設(shè)備的制造及運行中又難免產(chǎn)生雜質(zhì)，故在工業(yè)上應(yīng)用的液體介質(zhì)中總含有一些雜質(zhì)，例如變壓器油常因受潮而含水分，并有從固體材料中脫落的纖維，它們對油的擊穿過程都有影響，由于水的介電系數(shù)很大，當(dāng)被纖維吸收后，易沿電場方向排列，形成雜質(zhì)“小橋"，當(dāng)小橋連通電極時，將使泄漏電流增加，發(fā)熱增多，因面又使水分汽化，氣泡擴大。即使其不連通電極，由于吸潮纖維的存在，可使油中場強增高而導(dǎo)致其游離分解出氣體，氣泡增大，游離加強，最后可能在氣體通道中形成擊穿。

二、影響液體介質(zhì)擊穿電壓的因素

(1)水分：水分可使液體介質(zhì)擊穿電壓大大降低，如圖2-14所示。因為小水珠的介電系數(shù)很大，水珠在電場力的作用下被拉長，并沿電場方向排列，當(dāng)有相當(dāng)數(shù)量的水珠時，便可在兩極間形成一導(dǎo)電小橋，小橋連接兩電極，就明顯降低擊穿電壓。事實上，只有一定數(shù)量的水分能以懸浮狀態(tài)存在于油中，多余的部分將沉積底部，所以水分增多，油的電氣強度進(jìn)一步降低是有限的。

由于液體中含有水分，故使其擊穿電壓隨溫度變化。在不同的溫度下，水分在油中的存在可呈懸浮狀或溶解狀、溶解狀時的水，由于它在油中呈高度分散，因此并不會使電氣強度降低多少；相反地呈懸浮狀時，將會使擊穿電壓顯著降低，如圖2-15所示。

溫度由零開始上升，油中原來呈懸浮狀的水逐漸隨溫度升高而變?yōu)槿芙鉅睿谑鞘艹弊儔浩饔偷?/span>擊穿電壓明顯增加(如圖2-15中曲線2)，在60-80℃時，擊穿電壓最高；以后隨溫度繼續(xù)升高，水分蒸發(fā)，在油中造成氣泡，因而擊穿電壓又下降。溫度由零開始下降，在0——5℃時，油中水分全部呈懸浮狀，導(dǎo)電小橋最易形成，故擊穿電壓低。溫度繼續(xù)下降時，水已結(jié)冰，其介電系數(shù)也下降，同時油本身也開始變稠、黏度增大，這些都使搭橋效應(yīng)減弱，油的擊穿壓又提高。

（2）壓力：油中含有氣體時，其工頻擊穿電壓隨油的壓力增大而升高，因壓力增加時，氣體在油中的溶解量增大，且氣泡的局部放電起始電壓也提高。

(3)纖維和其他雜質(zhì)：油中雜質(zhì)除水分外，還有其他固體雜質(zhì)，如纖維。吸收水分的纖維在電場力的作用下，沿電場方向排列，組成導(dǎo)電小橋，形成擊穿。此外，還有由于放電所產(chǎn)生的碳粒和氧化所生成的殘渣等，它們都會使電場變得不均勻，還可附著于固體表面，降低沿面放電電壓。

(4)電場均勻程度；油的純凈度越高時，改善電場均勻程度，就越能使工頻、直流擊穿電壓提高。在品質(zhì)較差的油中，改善電場均勻程度的效果并不顯著，因雜質(zhì)的影響能使電場畸變。在沖擊電壓作用下，由于油中雜質(zhì)的作用減弱，改善了電場，能提高其擊穿電壓。

(5)電壓作用時間：因為在油中雜質(zhì)的聚集、介質(zhì)發(fā)熱等需要較長時間，故油間隙的擊穿電壓隨電壓作用的時間增大而下降。當(dāng)液體的凈度及溫度增高時，將使電壓作用時間對擊穿電壓影響減小。長期工作后的油，其電氣強度的下降乃是由于油老化的結(jié)果。在油不太臟的情況下，1min耐壓與長時間耐壓值相差不大，因此，在試驗時通常只加壓1min。

油質(zhì)量的檢查是在標(biāo)準(zhǔn)油杯中工頻電壓下進(jìn)行的。我國試油用的標(biāo)準(zhǔn)油杯電極尺寸(mm)如圖2-16所示。