主讲：资料收集：PPT制作：问题解答： 液体电气击穿类别：•气体电介质击穿•液体电介质击穿•固体电介质击穿•一、纯净液体介质一、纯净液体介质击穿理论击穿理论•二、二、 含气纯净液体电介质的气含气纯净液体电介质的气泡击穿理论泡击穿理论•三、三、工程纯液体电介质的杂质工程纯液体电介质的杂质击穿击穿（小桥理论）（小桥理论）2 一、纯净液体介质一、纯净液体介质击穿理论击穿理论•电子碰撞电离理论：纯净的液体电介质中总会存在一些离子，它们或由液体分子受自然界中射线的电离作用而产生，或由液体中微量杂质受电场的解离作用而产生对纯净的液体电介质施加电压，液体中的离子在电场作用下运动而形成电流电场较弱时，随电压的上升，电流呈线性增加当电场逐渐增强时，由于越来越多的离子已参与了导电，随着电压的进一步升高，电流呈现出不十分明显的饱和趋向此时液体电介质中虽有电流流过，但数值甚微，液体仍具有较高的电阻率当电场强度超过1MV/cm时，液体电介质中原有的少量自由电子，以及因场致发射或因强电场作用增强了的热电子发射而脱离阴极的电子，在电场作用下运动、加速、积累能量、碰撞液体分子，而且以一定的概率使液体电介质的分子电离。
只要电场足够强，电子在向阳极运动的过程中，就不断碰撞液体分子，使之电离，致使电子迅速增加因碰撞电离而产生的正离子移动至阴极附近，增强了阴极表面的场强，促使阴极发射的电子数增多这样，电流急剧增加，液体电介质失去绝缘能力，发生击穿3 电子崩电子崩•当外电场足够强的时候，在阴极产生的场强发射或肖特基效应发射的电子将被加速并且有的动能电子碰撞电离理论•碰撞液体分子引起电离，电子数倍增•碰撞电离产生的正离子在阴极附近形成空间电荷层，增强了阴极附近的的电场，使阴极发射电子数增多电子崩加大.导致液体致液体电介介质击穿穿 含气纯净液体电介质的气泡击穿理论• 气泡击穿 纯净液体电介质在电场作用下生成气泡是气泡击穿理论的基础当纯净液体电介质承受较高电场强度时,在其中产生气泡的原因有:①因场致发射或因强电场作用加强了的热电子发射而脱离阴极的电子，在电场作用下运动形成电子电流，使液体发热而分解出气泡；②电子在电场中运动，与液体电介质分子碰撞，导致液体分子解离产生气泡；③电极表面粗糙，突出物处的电晕放电使液体气化生成气泡；④电极表面吸附的气泡表面积聚电荷，当电场力足够时，气泡将被拉长液体电介质中出现气泡后，在足够强的电场作用下，首先气泡内的气体电离，气泡温度升高、体积膨胀，电离进一步发展。
与此同时,带电粒子又不断撞击液体分子,使液体分解出气体，扩大了气体通道电离的气泡或在电极间形成连续小桥，或畸变了液体电介质中的电场分布，导致液体电介质击穿 气泡理论•两串联介质中电场强度与介质介电常数成反比•气泡中电场强度高于液体，而气体的击穿场强远低于液体•气泡先发生电离•气泡温度升高，体积膨胀，促进电离•电离产生的高能电自碰撞液体分子，使液体电离产生更多气体，扩大气体通道，当气泡在两极间形成“气桥”时，液体介质就能在此通道发生击穿引起气泡击穿的原因引起气泡击穿的原因热热化气化气击穿击穿电离化气离化气击穿穿 1.热化气击穿•当液体中平均场强达到当液体中平均场强达到107～～108V/m时，阴极表面时，阴极表面微尖端处的场强就可能达到微尖端处的场强就可能达到108V/m以上场致发以上场致发射，大量电子由阴极表面的微尖端注入到液体中，射，大量电子由阴极表面的微尖端注入到液体中，估计电流密度可达估计电流密度可达105A/m2以上• 单位体积、单位时间中的发热量单位体积、单位时间中的发热量•（（=电流密度电流密度×电场强度）约为电场强度）约为1013J/（（s· m3 ））• 当液体得到的能量（转化为热量）等于电极当液体得到的能量（转化为热量）等于电极附近液体气化所需的热量时，便产生气泡。
附近液体气化所需的热量时，便产生气泡 在研究气体放电对绝缘油的影响时发现，油在放电作用下产生低分子气体，其中主要是氢气、甲烷等，这种化气过程大致如下： CnH2n+2→CnH2n+1+H0CmH2m+2→CmH2m+1+ H02H0→H2↑CnH2n+1+ CmH2m+1→Cn+mH2(n+m)+2其中，H0为氢的游离基 2. 电离化气离化气击穿穿 这种化气的作用解释为电离产生的高能电子使液体分子C—H键（C—C键）断裂所致 以产生泡条件作为液体击穿条件，即式中(2-22）m ——代表空间电荷影响的常数 ，约在1.5～2之间；T——液体在电极粗糙处强场区滞留的时间；A——常数；C——液体比热；B——液体气化热；E——为液体击穿场强 式(2-22)可以粗略地估算液体介质的击穿场强 当液体温度升高时，击穿场强下降 当液体介质中电场很强，致使有高能电子出现时，当液体介质中电场很强，致使有高能电子出现时，也会发生上述类似的过程，液体放气，这就是电离化也会发生上述类似的过程，液体放气，这就是电离化气的观点。
放电时产生的气体并不是蒸气，而是氢气气的观点放电时产生的气体并不是蒸气，而是氢气对绝缘油击穿时的气体进行光谱分析，证明了不存在对绝缘油击穿时的气体进行光谱分析，证明了不存在残留的空气及油的蒸气，主要存在的是氢气残留的空气及油的蒸气，主要存在的是氢气 工程用液体介质或多或少含有一些杂质，在工程纯液体介质的击穿中，这些杂质起决定性作用杂质大致主要有以下两种三、工程纯液体电介质的杂质击穿ü水分ü固体杂质 水分的影响 图2-11 变压器油Eb与含水重量浓度m的关系水分在液体中呈悬浮状态存水分在液体中呈悬浮状态存在时，水分呈圆球状即胶粒，在时，水分呈圆球状即胶粒，均匀悬浮在液体中，一般直径均匀悬浮在液体中，一般直径约为约为10 10 -2-2～～10 10 -4-4 cm cm在外电场作用下，由于水的介电常数场作用下，由于水的介电常数很大，水球容易极化而沿电场很大，水球容易极化而沿电场方向伸长成为椭圆球，如果定方向伸长成为椭圆球，如果定向排列的椭圆水球贯穿于电极向排列的椭圆水球贯穿于电极间形成连续水桥，则液体介质间形成连续水桥，则液体介质在较低的电压下发生击穿在较低的电压下发生击穿。
2. 固体固体杂质的影响的影响 当液体介质中有悬浮固体杂质微粒时，也会使液体介质击穿场强降低一般固体悬浮粒子的介电常数比液体的大，在电场力作用下，这些粒子在电极表面电场集中处逐渐积聚起来考克（Kok）根据这种现象提出液体介质杂质小桥击穿模型（见图2-13）并进行了理论计算图2-13 杂质小桥击穿模型 小桥理论•气体桥击穿气体桥击穿 工程用液体电介质中含有 工程用液体电介质中含有水分和纤维、金属末等固体杂质在电场水分和纤维、金属末等固体杂质在电场作用下，水滴、潮湿纤维等介电常数比液作用下，水滴、潮湿纤维等介电常数比液体电介质大的杂质将被吸引到电场强度较体电介质大的杂质将被吸引到电场强度较大的区域，并顺着电力线排列起来，在电大的区域，并顺着电力线排列起来，在电极间局部地区构成杂质小桥小桥的电导极间局部地区构成杂质小桥小桥的电导和介电常数都比液体电介质的大，这就畸和介电常数都比液体电介质的大，这就畸变了电场分布，使液体电介质的击穿场强变了电场分布，使液体电介质的击穿场强下降如杂质足够多，则还能构成贯通电下降如杂质足够多，则还能构成贯通电极间隙的小桥杂质小桥的电导大，因而极间隙的小桥。
杂质小桥的电导大，因而小桥将因流过较大的泄漏电流而发热，使小桥将因流过较大的泄漏电流而发热，使液体电介质及所含水分局部气化，而击穿液体电介质及所含水分局部气化，而击穿将沿此气体桥发生将沿此气体桥发生 冲击电压情况下• 电场和电压种类对杂质形成小桥的过程有显著影响在均匀或稍不均匀的电场中，杂质的影响特别明显直流电压下,杂质逐渐向电极间聚拢，并构成连续小桥,导致击穿交流电压下,杂质虽然也将被吸入电极间隙,但因杂质运动速度小于电极上电压极性的变动速度，因此在长间隙中难于形成连续小桥杂质聚集在电极附近，畸变了电场分布，降低了液体电介质的击穿场强在冲击电压作用下，杂质来不及运动，它们的影响不如直流电压下和交流电压下严重极不均匀电场中，电极间隙中电场强度较强区域内的液体会强烈扰动，杂质不可能形成小桥，它们对液体电介质击穿的影响较弱 小桥理论•如果杂质小桥未接通电极杂质与油串联杂质与油串联油分解出气体油分解出气体电导大，电场强度增大，电离电导大，电场强度增大，电离气体小桥气体小桥发热，促使气化发热，促使气化泄漏电流增大泄漏电流增大电导大电导大杂质小桥接通电极 特殊情况•液体电介质中的沿面放电 沿着液体与固体电介质分界面，在液体电介质中发生的电晕、滑闪、闪络放电现象。
液体电介质中沿面放电的规律性与气体中沿面放电相似(见沿面放电)在液体电介质中发生的放电，不仅使液体变质、劣化，而且放电产生的热作用和剧烈的压力变化可能使某些固体电介质内产生气泡在放电的多次作用下,这些固体电介质会出现分层、开裂现象,这时放电就有可能在固体电介质内部发展，绝缘结构的击穿电压因此下降• 电场越均匀，杂质对击穿电压的影响越大，击穿电压电场越均匀，杂质对击穿电压的影响越大，击穿电压的分散性也越大，而在不均匀电场中，杂质对击穿电压的的分散性也越大，而在不均匀电场中，杂质对击穿电压的影响较小影响较小 实际中变压器油的化学特性变压器油是石油的一种分馏产物，主要成分是烷烃、环烷族饱和烃、芳香烃不饱和烃等化合物俗称方棚油，浅黄色透明液体，相对密度0.895，凝固点＜-45℃工程用变压器油常见型号1)根据国标GB2536-90将变压器油以凝固点高低来划分三个牌号，分别是10#、25#和45#主要用于330KV以下的变压器及类似要求的电器设备(2)超高压变压器油：按低温性能分为25#和45#油，适用于50kV变压器及类似的电气设备 变压器油三个主要作用•（1）绝缘作用：变压器油具有比空气高得多的绝缘强度。
•（2）散热作用：变压器油的比热大，常用作冷却剂•（3）消弧作用：在油断路器和变压器的有载调压开关上，触头切换时会产生电 变压器油击穿过程和特点就是之前说简述的击穿理论就是之前说简述的击穿理论变压器油击穿过程可用气泡击穿理论来解释，整个过程由气泡变压器油击穿过程可用气泡击穿理论来解释，整个过程由气泡的形成、发热膨胀、气泡通道扩大并聚成小桥，即：杂质、的形成、发热膨胀、气泡通道扩大并聚成小桥，即：杂质、气泡在电场作用下，在电极之间形成小桥，击穿沿小桥发气泡在电场作用下，在电极之间形成小桥，击穿沿小桥发生有热的过程，属于热击穿的范畴有两种情况发生即生有热的过程，属于热击穿的范畴有两种情况发生即杂质小桥尚未接通电极和杂质小桥接通电极杂质小桥尚未接通电极和杂质小桥接通电极变压器油击穿特点：在均匀电场工频电压升变压器油击穿特点：在均匀电场工频电压升高到某一值时可能会出现火花放电，消失高到某一值时可能会出现火花放电，消失后即可恢复其电气强度反复出现火花即后即可恢复其电气强度反复出现火花即会发生稳定击穿会发生稳定击穿 变压器油击穿电压的影响因素•1、油的含水量•2、油中杂质•3、油中含气量•4、油温•5、电场均匀程度•6、电压作用时间•7、油压影响•8、油的距离效应•9、油的流动速度 变压器油击穿电压的影响因素•油的流动速度：随着流速增加，•交直流击穿特性均为拱形曲线。
变压器油击穿电压的影响因素•油的体积效应：变压器油具有“体积效应”，油体积越小击穿场强越高 •1、提高油的品质•采用过滤、干燥、脱气方法•2、油中加屏障•阻止小桥的发展，采用薄纸筒---小油隙结构•3、采用真空注油工艺•变压器油中含有较多空气时，其中的氧气与油发生氧化老化，而油中的气泡在电场作用下产生局部放电，使气泡附近的油产生分解老化•4、采用密封式储油柜•采用隔膜式、胶囊式及金属膨胀器式等密封式储油柜，使变压器油与外界空气隔离，从而使油对氧气的吸收作用限制到最小限度另外，用压力释放阀代替密封性能不佳的安全气道，避免氧气、水分与变压器内部的油相接触•5、避免金属与油直接接触•金属材料中铜对油的触媒作用最强，但铜又是变压器中的主要材料，因此应特别注意尽量避免铜与油直接接触 提高液体介质击穿电压的措施•6、防止日光照射、防止日光照射•变压器中经常暴露在阳光下的油的数量虽然不多，但日光的触媒变压器中经常暴露在阳光下的油的数量虽然不多，但日光的触媒作用必须设法避免一般变压器的油位指示器及高压套管的玻璃作用必须设法避免一般变压器的油位指示器及高压套管的玻璃储油柜等本身的油量是很少的，但若过分劣化后，即可成为全部储油柜等本身的油量是很少的，但若过分劣化后，即可成为全部油劣化的诱导体。
通常，防止日光照射老化的措施有如下：油劣化的诱导体通常，防止日光照射老化的措施有如下：•（（1）变压器储油柜采用指针式油位计，若用管式油位计时，应使）变压器储油柜采用指针式油位计，若用管式油位计时，应使油位计玻璃管中的油与储油柜中的油隔开，如带小胶囊油位计结油位计玻璃管中的油与储油柜中的油隔开，如带小胶囊油位计结构•（（2）套管油位的指示器可只留一条狭窄的缝隙，以减少日光的照）套管油位的指示器可只留一条狭窄的缝隙，以减少日光的照射面积；也可用适当颜色的玻璃，以降低透入光线的作用射面积；也可用适当颜色的玻璃，以降低透入光线的作用•7、添加抗氧化剂、添加抗氧化剂•在新油出厂前加入抗氧化剂，可以有效地抑制油的氧化作用在新油出厂前加入抗氧化剂，可以有效地抑制油的氧化作用。