1、第一節 液體介質的擊穿純凈液體介質的擊穿理論 工程用變壓器油的擊穿過程及其特點 變壓器油擊穿電壓的影響因素及其提高的方法一旦作用于固體和液體介質的電場強度增大到一定程度時，在介質中出現的電氣現象就不再限于前面介紹的極化、電導和介質損耗了。與氣體介質相似，液體和固體介質在強電場(高電壓)的作用下，也會出現由介質轉變為導體的擊穿過程。液體介質主要有天然的礦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、氣體、固體微粒和纖維等雜質，它們對液體介質的擊穿有很大的影響。一、純凈液體介質的擊穿理論(一)電子碰撞電離理論（電擊穿理論）在外電場足夠強時，電子在碰撞液體分子可引起電離，使電子數倍增，形

2、成電子崩。同時正離子在陰極附近形成空間電荷層增強了陰極附近的電場，使陰極發射的電子數增多，導致液體介質擊穿。 純凈液體介質的擊穿理論與氣體放電湯遜理論中的 、 作用有些相似。但液體密度比氣體密度大得多，電子的平均自由行程很小，必須大大提高場強才開始碰撞電離。(二)氣泡擊穿理論（小橋理論）液體中出現氣泡，在交流電壓下，串聯介質中電場強度的分布與介質的r 成反比。由于氣泡的r 最小，其電氣強度又比液體介質低很多，所以氣泡必先發生電離。氣泡電離后溫度上升、體積膨脹、密度減小，這促使電離進一步發展。電離產生的帶電粒子撞擊油分子，使它又分解出氣體，導致氣體通道擴大。許多電離的氣泡在電場中排列成氣體小橋，

3、擊穿就可能在此通道中發生。二、工程用變壓器油的擊穿過程及其特點可用氣泡擊穿理論來解釋擊穿過程，它依賴于氣泡的形成、發熱膨脹、氣泡通道擴大并積聚成小橋，有熱的過程，屬于熱擊穿的范疇。 由于水和纖維的r很大，易沿電場方向極化定向，并排列成雜質小橋。 發生兩種情況： (1)雜質小橋尚未接通電極時，則纖維等雜質與油串聯，由于纖維的r大以及含水分纖維的電導大，使其端部油中電場強度顯著增高并引起電離，于是油分解出氣體，氣泡擴大，電離增強，這樣下去必然會出現由氣體小橋引起的擊穿。(2)如果雜質小橋尚未接通電極，因小橋的電導大而導致泄漏電流增大，發熱會促使汽化，氣泡擴大，發展下去會出現氣體小橋，使油隙發生擊穿

4、。判斷變壓器油的質量，主要依靠測量其電氣強度、tg和含水量。其中最重要的實驗項目就是測量油的工頻擊穿電壓。三、變壓器油擊穿電壓的影響因素及其提高的方法(一)水分和其他雜質水在變壓器油中有兩種狀態： 溶解狀態:高度分散、且分布非常均勻；懸浮狀態:呈水珠狀一滴一滴懸浮在油中。圖3-16表示在常溫下油的含水量對均勻電場油間隙工頻擊穿電壓的影響。當油中含水量達十萬分之幾時，對擊穿電壓就有明顯影響。當油中還含有其他雜質時，擊穿電壓的下降程度隨雜質的種類和數量而異。(二)油溫擊穿電壓與溫度的關系比較復雜，隨電場的均勻度、油的品質以及電壓類型的不同而異。均勻電場油間隙的工頻擊穿電壓與溫度的關系如圖3-18所

5、示；在極不均勻電場中，隨溫度上升，工頻擊穿電壓下降，如圖3-19所示：不論在均勻電場中還是不均勻電場中，隨溫度上升，沖擊擊穿電壓均單調地稍有下降。(三)電場均勻度優質油：保持油不變，而改善電場均勻度，能使工頻擊穿電壓顯著增大，也能大大提高其沖擊擊穿電壓。品質差的油：改善電場對于提高其工頻擊穿電壓的效果較差。在沖擊電壓下，由于雜質來不及形成小橋，故改善電場總是能顯著提高油隙的沖擊擊穿電壓，而與油的品質好壞幾乎無關。(四)電壓作用時間油隙的擊穿電壓會隨電壓作用時間的增加而下降，加電壓時間還會影響油的擊穿性質。從圖320的兩條曲線可以看出：在電壓作用時間短至幾個微秒時擊穿電壓很高，擊穿有時延特性，屬

6、電擊穿；電壓作用時間為數十到數百微秒時，雜質的影響還不能顯示出來，仍為電擊穿，這時影響油隙擊穿電壓的主要因素是電場的均勻程度；電壓作用時間更長時，雜質開始聚集，油隙的擊穿開始出現熱過程，于是擊穿電壓再度下降，為熱擊穿。(五)油壓的影響不論電場均勻度如何，工業純變壓器油的工頻擊穿電壓總是隨油壓的增加而增加，這是因為油中氣泡的電離電壓增高和氣體在油中的溶解度增大的緣故經過脫氣處理的油，其工頻擊穿電壓幾乎與油壓無關。 從以上討論中可以看出，油中雜質對油隙的工頻擊穿電壓有很大的影響，所以對于工程用油來說，應設法減少雜質的影響，提高油的品質。 通常可以采用過濾、防潮、祛氣等方法來提高油的品質，在絕緣設計中則可利用“油屏障”式絕緣(例如覆蓋層、絕緣層和隔板等)來減少雜質的影響，這些措施都能顯著提高油隙的擊穿電壓。小 結純凈液