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绝缘油等液体击穿电压的过程及影响因素

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2024/2/22 10:51:51

一、液体介质击穿过程

对液体介质施加电压,当电压达一定值时,将使液体发生击穿,纯净液体介质的击穿过程可用碰撞游离来解释,即电子从电极上或液体分子本身分裂出来,是在电场作用下发生的。

纯净液体介质击穿场强虽高,但其提纯极其复杂,而且设备的制造及运行中又难免产生杂质,故在工业上应用的液体介质中总含有一些杂质,例如变压器油常因受潮而含水分,并有从固体材料中脱落的纤维,它们对油的击穿过程都有影响,由于水的介电系数很大,当被纤维吸收后,易沿电场方向排列,形成杂质“小桥”,当小桥连通电极时,将使泄漏电流增加,发热增多,因面又使水分汽化,气泡扩大。即使其不连通电极,由于吸潮纤维的存在,可使油中场强增高而导致其游离分解出气体,气泡增大,游离加强,最后可能在气体通道中形成击穿。



二、影响液体介质击穿电压的因素

(1)水分:水分可使液体介质击穿电压大大降低,如图2-14所示。因为小水珠的介电系数很大,水珠在电场力的作用下被拉长,并沿电场方向排列,当有相当数量的水珠时,便可在两极间形成一导电小桥,小桥连接两电极,就明显降低击穿电压。事实上,只有一定数量的水分能以悬浮状态存在于油中,多余的部分将沉积底部,所以水分增多,油的电气强度进一步降低是有限的。

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由于液体中含有水分,故使其击穿电压随温度变化。在不同的温度下,水分在油中的存在可呈悬浮状或溶解状、溶解状时的水,由于它在油中呈高度分散,因此并不会使电气强度降低多少;相反地呈悬浮状时,将会使击穿电压显著降低,如图2-15所示。

温度由零开始上升,油中原来呈悬浮状的水逐渐随温度升高而变为溶解状,于是受潮变压器油的击穿电压明显增加(如图2-15中曲线2),在60-80℃时,击穿电压最高;以后随温度继续升高,水分蒸发,在油中造成气泡,因而击穿电压又下降。温度由零开始下降,在0——5℃时,油中水分全部呈悬浮状,导电小桥最易形成,故击穿电压低。温度继续下降时,水已结冰,其介电系数也下降,同时油本身也开始变稠、黏度增大,这些都使搭桥效应减弱,油的击穿压又提高。

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2)压力:油中含有气体时,其工频击穿电压随油的压力增大而升高,因压力增加时,气体在油中的溶解量增大,且气泡的局部放电起始电压也提高。

(3)纤维和其他杂质:油中杂质除水分外,还有其他固体杂质,如纤维。吸收水分的纤维在电场力的作用下,沿电场方向排列,组成导电小桥,形成击穿。此外,还有由于放电所产生的碳粒和氧化所生成的残渣等,它们都会使电场变得不均匀,还可附着于固体表面,降低沿面放电电压。

(4)电场均匀程度;油的纯净度越高时,改善电场均匀程度,就越能使工频、直流击穿电压提高。在品质较差的油中改善电场均匀程度的效果并不显著,因杂质的影响能使电场畸变。在冲击电压作用下,由于油中杂质的作用减弱,改善了电场,能提高其击穿电压

(5)电压作用时间:因为在油中杂质的聚集、介质发热等需要较长时间,故油间隙的击穿电压随电压作用的时间增大而下降。当液体的净度及温度增高时,将使电压作用时间对击穿电压影响减小。长期工作后的油,其电气强度的下降乃是由于油老化的结果。在油不太脏的情况下,1min耐压与长时间耐压值相差不大,因此,在试验时通常只加压1min。

油质量的检查是在标准油杯中工频电压下进行的。我国试油用的标准油杯电极尺寸(mm)如图2-16所示。

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