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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
2、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r 成反比 。由于气泡的r 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
3、气体通道扩大。许多 电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r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r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
4、漏电流增大，发热会促 使汽化，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、tg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： 溶解状态:高度分散、且分布非常均匀； 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
5、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。 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
6、会随电压 作用时间的增加而下降 ，加电压时间还会影响 油的击穿性质。 从图320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，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
