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(lái)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(jiàn)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(guò)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(jiàn)，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(guò)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(méi)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(guò)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(lái)說(shuō)，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(guò)60~80℃時(shí)，部分水分開(kāi)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(méi)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(méi)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(lái)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(wú)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(méi)有什么影響。這說(shuō)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(lái)說(shuō)，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。