變壓器油的擊穿電壓

1、變壓器油的擊穿電壓 將電壓施加于絕緣油時(shí)，隨著電壓增加，通過油的電流劇增，使之完全喪失所固有的絕緣性能而變成導(dǎo)體，這種現(xiàn)象稱為絕緣油的擊穿。絕緣油發(fā)生擊穿時(shí)的臨界電壓值，稱為擊穿電壓，此時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度，稱為油的絕緣強(qiáng)度，表明絕緣油抵抗電場(chǎng)的能力。擊穿電壓U (kV)和絕緣強(qiáng)度E (kV/cm)的關(guān)系為E=U/d (2-26)式中d-電極間距離(cm)。純凈絕緣油與通常含有雜質(zhì)的絕緣油具有不同的擊穿機(jī)理。前者的擊穿是由于游離所引起，可用氣體電介質(zhì)擊穿的機(jī)理來解釋，即在高電場(chǎng)強(qiáng)度下，油分子碰撞游離成正離子和電子，進(jìn)而形成了電子崩。電子崩向陽極發(fā)展，而積累的正電荷則聚集在陰極附近，最后形成一個(gè)具有高電

2、導(dǎo)的通道，導(dǎo)致絕緣油的擊穿。通常絕緣油總是或多或少含有雜質(zhì)，在這種情況下，雜質(zhì)是造成絕緣油擊穿的主要原因。油中水滴、纖維和其他機(jī)械雜質(zhì)的介電系數(shù)比油的要大得多（纖維的=7，水的=80，而變壓器油的2.3），因此在電場(chǎng)作用下，雜質(zhì)將被吸引到電場(chǎng)強(qiáng)度較大的區(qū)域，在電極間構(gòu)成雜質(zhì)“小橋”，從而使油的擊穿強(qiáng)度降低。如雜質(zhì)足夠多，則還能構(gòu)成貫通電極間隙的“小橋”，流過較大的泄漏電流，使之強(qiáng)烈發(fā)熱，并使油和水局部沸騰和氣化，結(jié)果擊穿就沿此“氣橋”而發(fā)生。 下面分別分析影響絕緣油擊穿電壓的各主要因素。 (1)測(cè)量絕緣油擊穿強(qiáng)度時(shí)采用的電極材料、電極形狀和電極面積對(duì)油的絕緣強(qiáng)度有影響。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)得知，在同樣

3、的試驗(yàn)條件下，不同電極材料測(cè)量的同種油樣絕緣強(qiáng)度的排列順序?yàn)镕e<黃銅<Pb<Cu<Al<Au<Zn<Ag，即采用鐵電極測(cè)得值最低，而采用銀電極的測(cè)得值最高。若按金屬的導(dǎo)熱性排序，則可得到排列順序?yàn)镻b<Fe<黃銅<Zn<Al<Au<Cu<Ag?？梢钥闯?，除個(gè)別例外，大體上絕緣強(qiáng)度是隨電極金屬導(dǎo)熱性增加而提高的。 通常是用黃銅而不是用紫銅來制造電極，因?yàn)樽香~容易在表面上生成一層氧化膜；而在變壓器中實(shí)際采用的材料卻是純銅（紫銅），而不是黃銅（銅鋅合金）。研究這兩種材料制造的標(biāo)準(zhǔn)電極測(cè)得的變壓器油絕緣強(qiáng)度如表2-2

4、4所示?？梢钥闯觯冦~電極的測(cè)得值比黃銅電極的測(cè)得值高，二者相差不超過10%15%。因此可以說，采用黃銅電極比用純銅電極的試驗(yàn)條件更嚴(yán)格。表2-24 電極材料對(duì)油絕緣強(qiáng)度的影響此外，電極形狀、電極尺寸、電極之間的距離以及油杯的形狀和容量都對(duì)擊穿電壓有影響。研究表明，球形電極對(duì)油質(zhì)最敏感；其次是平板式電極；而一種所謂“臺(tái)階式塔形電極”，由于建立起的電場(chǎng)極不均勻，所以幾乎看不出油質(zhì)污染對(duì)絕緣強(qiáng)度的影響。圓盤電極邊緣若不是圓弧而是存在尖銳的棱角，則對(duì)絕緣強(qiáng)度有很大影響，這是由于油中極性雜質(zhì)將被吸引到這些局部高場(chǎng)強(qiáng)的地方，從而減輕了油的不均勻性。因此，電極邊緣有棱角時(shí)，受潮油的絕緣強(qiáng)度總是比均勻電場(chǎng)時(shí)

5、偏高。 當(dāng)電極之間的距離足夠小時(shí)，油的絕緣強(qiáng)度隨電極面積的增加而減小，但是當(dāng)電極間距離大于1mm時(shí)，這種依賴關(guān)系就不存在了。電極間距離對(duì)油絕緣強(qiáng)度的影響如圖2-43和圖2-44所示。電極間距離、電極形狀和尺寸的影響實(shí)際上是電場(chǎng)均勻性的影響，因此電極和油杯的設(shè)計(jì)要保證電場(chǎng)的均勻性和油中雜質(zhì)的均勻分布，而在油第一次擊穿后所產(chǎn)生的殘?zhí)恳凶銐蜃詢魰r(shí)間，不致影響同一油樣后來的擊穿電壓測(cè)量。 (2)施加電壓的頻率和加壓速度都對(duì)油的絕緣強(qiáng)度有影響。表2-25列出了頻率對(duì)油絕緣強(qiáng)度的影響。隨著油純度的提高，其絕緣強(qiáng)度和頻率之間的依賴關(guān)系逐漸減弱。表2-25 頻率對(duì)油絕緣強(qiáng)度的影響 隨著施加電壓的速度減緩，由

6、于在電極之間的空間內(nèi)吸引了大量的低沸點(diǎn)雜質(zhì)，所以油的絕緣強(qiáng)度會(huì)有所降低。各國采用的電極形式、尺寸和電極間距離有所不同，規(guī)定的升壓速度也有區(qū)別。在我國GB/T 507-2002絕緣油擊穿電壓測(cè)定法中對(duì)此有明確規(guī)定。(3)油的絕緣強(qiáng)度和溫度的關(guān)系取決于油的純凈程度。充分干燥并脫氣的油，在20120溫度范圍內(nèi)，油的絕緣強(qiáng)度幾乎沒有變化。當(dāng)油中含有水分時(shí)，則油的絕緣強(qiáng)度隨溫度的升高而增加，并在6080達(dá)到最大值。當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí)，油絕緣強(qiáng)度有所降低，如圖2-45所示。對(duì)此的解釋是：隨著溫度升高，油中水分因蒸發(fā)而減少會(huì)全部或部分由懸浮態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙鈶B(tài)，故絕緣強(qiáng)度增高。當(dāng)達(dá)到最大值后繼續(xù)升高溫度，油中水分和

7、油的輕質(zhì)成分氣化形成氣泡使絕緣強(qiáng)度降低。 1干燥的油；2-油+0. 01%水分（加熱過程中測(cè)得的曲線）；3-油+0.01%水分（在冷卻過程中測(cè)得的曲線）；4-油+0.05%水分（加熱過程中測(cè)得的曲線）；5-油+0.1%水分（在加熱過程中測(cè)得的曲線）圖2-45 油的絕緣強(qiáng)度與溫度的關(guān)系 (4)水分對(duì)油的絕緣強(qiáng)度有重要影響。油是否易受潮與其化學(xué)成分和油中極性雜質(zhì)的存在有關(guān)。使油絕緣強(qiáng)度降低的主要原因是懸濁態(tài)水，分子溶解態(tài)水對(duì)油絕緣強(qiáng)度的影響要小得多。油中水分對(duì)絕緣強(qiáng)度的影響如圖2-46所示。 圖2-46 在標(biāo)準(zhǔn)油杯中變壓器油的工頻擊穿電壓Ub和含水量的關(guān)系 (5)機(jī)械雜質(zhì)（纖維等）和極性雜質(zhì)對(duì)油絕

8、緣強(qiáng)度存在影響。由圖2-47可知，各種油的絕緣強(qiáng)度隨著受潮時(shí)間的延長而降低是很明顯的。纖維在吸潮后更容易在高場(chǎng)強(qiáng)下形成“小橋”，導(dǎo)致絕緣強(qiáng)度降低。顆粒含量對(duì)油絕緣強(qiáng)度及含水量關(guān)系的影響，如圖2-48所示。 圖2-47空氣濕度為98%時(shí)幾種受潮油絕緣強(qiáng)度與受潮時(shí)間的關(guān)系 圖2-48油的絕緣強(qiáng)度（擊穿電壓Uh）與含水量和懸浮顆粒含量的關(guān)系 1-純油；2-含1. 76mg炭；3-含0.21mg纖維；4-含1.12mg纖維極性物質(zhì)對(duì)油的電導(dǎo)率和絕緣強(qiáng)度的影響取決于它們?cè)谟椭械拇嬖跔顟B(tài)，大致具有如表2-26所示的規(guī)律。 表2-26 極性物質(zhì)對(duì)油的電導(dǎo)率和絕緣強(qiáng)度的影響 (6)溶解氣體對(duì)絕緣強(qiáng)度有很大影響，如