影響液體電介質(zhì)擊穿電壓的因素

液體電介質(zhì)擊穿電壓的大小既決定于其自身品質(zhì)的優(yōu)劣，也與外界因素，如溫度、電壓等有關(guān)。

1. 液體電介質(zhì)的品質(zhì)

液體電介質(zhì)的品質(zhì)決定于其所含雜質(zhì)的多少，含雜質(zhì)越多，品質(zhì)越差，擊穿電壓越低。對(duì)液體電介質(zhì)，通常用標(biāo)準(zhǔn)油杯按標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)得的工頻擊穿電壓來衡量其品質(zhì)的優(yōu)劣，而不用擊穿場(chǎng)強(qiáng)值。因?yàn)榧词故蔷鶆驁?chǎng)，擊穿場(chǎng)強(qiáng)也隨間隙距離的增大而明顯下降。

我國(guó)采用的標(biāo)準(zhǔn)油杯如圖3-17所示，極間距離為2.5mm，電極是直徑等于25mm的圓盤形鋼電極，為了減弱邊緣效應(yīng)，電極的邊緣加工成半徑為2.5mm的半圓，可見極間電場(chǎng)基本上是均勻的，標(biāo)準(zhǔn)油杯的器壁為透明的有機(jī)玻璃。必須指出，在標(biāo)準(zhǔn)油杯中測(cè)得的油的耐電強(qiáng)度只能作為對(duì)油的品質(zhì)的衡量標(biāo)準(zhǔn)，不能用此數(shù)據(jù)直接計(jì)算在不同條件下油間隙的耐受電壓,因?yàn)橥环N油在不同條件下的耐電強(qiáng)度是有很大差別的。下面具體討論變壓器油本身的某些品質(zhì)因素對(duì)耐電強(qiáng)度的影響。

(1)含水量。水分在油中有三種存在方式，當(dāng)含水量極微小時(shí)，水分以分子狀態(tài)溶解于油中，這種狀態(tài)的水分對(duì)油的耐電強(qiáng)度影響不大。當(dāng)含水量超過其溶解度時(shí)，多余的水分便以乳化狀態(tài)懸浮在油中，這種懸浮狀態(tài)的小水滴在電場(chǎng)作用下極化易形成“小橋”，對(duì)油的耐電強(qiáng)度有很強(qiáng)烈的影響。圖3-18所示是在標(biāo)準(zhǔn)油杯中測(cè)出的變壓器油的工頻擊穿電壓與含水量的關(guān)系。由圖可見，在常溫下，只要油中含有0.01%的水分，就會(huì)使油的擊穿電壓顯著下降。當(dāng)含水量超過0.02%時(shí)，多余的水分沉淀到油的底部，因此擊穿電壓不再降低。

(2）含纖維量。當(dāng)油中有纖維存在時(shí)，在電場(chǎng)力的作用下，纖維將沿著電場(chǎng)方向極化排列形成雜質(zhì)“小橋”，使油的擊穿電壓大大下降。纖維又具有很強(qiáng)的吸附水分的能力，吸濕的纖維對(duì)擊穿電壓的影響更大。

(3)含氣量。絕緣油能夠吸收和溶解相當(dāng)數(shù)量的氣體，其飽和溶解量主要由氣體的化學(xué)成分、氣壓、油溫等因素決定。溫度對(duì)油中氣體飽和溶解量的影響隨氣體種類而異，沒有統(tǒng)一的規(guī)律。氣壓升高時(shí)，各種氣體在油中的飽和溶解量都會(huì)增加，所以油的脫氣處理通常都在高真空下進(jìn)行。溶解于油中的氣體在短時(shí)間內(nèi)對(duì)油的性能影響不大，主要只是使油的耐電強(qiáng)度稍有降低。它的主要危害有兩個(gè)：①當(dāng)溫度、壓力等外界條件發(fā)生改變時(shí)，溶解在油中的氣體可能析出，成為自由狀態(tài)的小氣泡，容易導(dǎo)致局部放電，加速油的老化，也會(huì)使油的耐電強(qiáng)度有較大的降低；②溶解在油中的氧氣經(jīng)過一定時(shí)間會(huì)使油逐漸氧化，酸價(jià)增大，并加速油的老化。

(4)含碳量。某些電氣設(shè)備中的絕緣油在運(yùn)行中常受到電弧的作用。電弧的高溫會(huì)使絕緣油分解出氣體(主要為氫氣和烴類氣體)、液體(主要為低分子烴類)及固體(主要為碳粒)物質(zhì)。碳粒對(duì)油的耐電強(qiáng)度有兩方面的作用：①碳粒本身為導(dǎo)體，它散布在油中，使碳粒附近局部電場(chǎng)增強(qiáng)，從而使油的耐電強(qiáng)度降低；②新生的活性碳粒有很強(qiáng)的吸附水分和氣體的能力，從而使油的耐電強(qiáng)度提高。總的來說，細(xì)而分散的碳粒對(duì)油的耐電強(qiáng)度的影響并不顯著，但碳粒(再加吸附了某些水分和雜質(zhì))逐漸沉淀到電氣設(shè)備的固體介質(zhì)表面，形成油泥，則易造成油中沿固體介質(zhì)表面的放電，同時(shí)也影響散熱。

2.溫度

溫度對(duì)變壓器油耐電強(qiáng)度的影響和油的品質(zhì)、電場(chǎng)均勻度及電壓作用時(shí)間有關(guān)。在較均勻電場(chǎng)及1min 工頻電壓作用下, 變壓器油的擊穿電壓與溫度的關(guān)系如圖3-19所示。曲線1、2分別代表干燥的油和受潮的油的試驗(yàn)曲線。受潮的油，當(dāng)溫度從0℃逐漸升高時(shí)，水分在油中的溶解度逐漸增大，一部分乳化懸浮狀態(tài)的水分就轉(zhuǎn)化為溶解狀態(tài), 使油的耐電強(qiáng)度逐漸增大。當(dāng)溫度超過60~80℃時(shí)，部分水分開始汽化，使油的耐電強(qiáng)度降低；當(dāng)油溫稍低于0℃時(shí)，呈乳化懸浮狀態(tài)的水分最多，此時(shí)油的耐電強(qiáng)度低；溫度再低時(shí)水分結(jié)成冰粒，冰的介電常數(shù)與油相近，對(duì)電場(chǎng)畸變的程度減弱，因而油的耐電強(qiáng)度又逐漸增加。對(duì)于很干燥的油，就沒有這種變化規(guī)律，油的耐電強(qiáng)度只是隨著溫度的升高單調(diào)地降低。

在極不均勻電場(chǎng)中，油中的水分和雜質(zhì)不易形成“小橋”，受潮的油的擊穿電壓和溫度的關(guān)系不像均勻電場(chǎng)中那樣復(fù)雜，只是隨著溫度的上升，擊穿電壓略有下絳。不論是均勻電場(chǎng)還是不均勻電場(chǎng)，在沖擊電壓作用下，即使是品質(zhì)較差的油，油隙的擊穿電壓和溫度也沒有顯著關(guān)系，只是隨著溫度的上升，油隙的擊穿電壓稍有下降，主要是沖擊電壓作用時(shí)間太短，雜質(zhì)來不及形成“小橋”的緣故。

3.電壓作用時(shí)間

電壓作用時(shí)間對(duì)油的耐電強(qiáng)度有很大影響，如圖3-20所示。在電壓作用時(shí)間很短時(shí)(小于毫秒級(jí))，擊穿電壓隨時(shí)間的變化規(guī)律和氣體電介質(zhì)的伏秒特性相似，具有純電擊穿的性質(zhì)。電壓作用時(shí)間越長(zhǎng)，雜質(zhì)成“橋”，介質(zhì)發(fā)熱越充分，擊穿電壓越低，屬于熱擊穿。對(duì)一般不太臟的油做1min擊穿電壓和長(zhǎng)時(shí)間擊穿電壓的試驗(yàn)結(jié)果差不多，故做油耐壓試驗(yàn)時(shí)只做1min。

4.電場(chǎng)均勻度

保持油溫不變，而改善電場(chǎng)的均勻度，能使優(yōu)質(zhì)油的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(zhì)差的油含雜質(zhì)較多，故改善電場(chǎng)對(duì)于提高其工頻擊穿電壓的效果也較差。沖擊電壓作用下，由于雜質(zhì)不可能在極短電壓作用時(shí)間內(nèi)沿電場(chǎng)方向排列成“小橋”，故改善電場(chǎng)總是能顯著提高油隙的沖擊擊穿電壓，然而不論電場(chǎng)均勻與否，油的品質(zhì)對(duì)沖擊擊穿電壓均無顯著影響。

5.壓力

不論電場(chǎng)均勻與否，當(dāng)壓力增加時(shí)，工程用變壓器油的工頻擊穿電壓會(huì)隨之升高，這個(gè)關(guān)系在均勻電場(chǎng)中更為顯著。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(gè)因素都將使油的擊穿電壓提高。若除凈油中所含氣體或在沖擊電壓作用下，則壓力對(duì)油隙的擊穿電壓幾乎沒有什么影響。這說明油隙的擊穿電壓隨壓力的增加而升高的原因在于油中含有氣體。總的來說，即使是較均勻電場(chǎng)，油隙的擊穿電壓隨壓力的增大而升高的程度遠(yuǎn)不如氣隙。