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，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體，這種現(xiàn)象稱為絕緣油的擊穿。絕緣油發(fā)生擊穿時的臨界電壓值，稱為擊穿電壓，此時的電場強度，稱為油的絕緣強度，表明絕緣油抵抗電場的能力。擊穿電壓U (kV)和絕緣強度E (kV/cm)的關系為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的絕緣油具有不同的擊穿機理。前者的擊穿是由于游離所引起，可用氣體電介質擊穿的機理來解釋，即在高電場強度下，油分子碰撞游離成正離子和電子，進而形成了電子崩。電子崩向陽極發(fā)展，而積累的正電荷則聚集在陰極附近，最后形成一個具有高電

2、導的通道，導致絕緣油的擊穿。通常絕緣油總是或多或少含有雜質，在這種情況下，雜質是造成絕緣油擊穿的主要原因。油中水滴、纖維和其他機械雜質的介電系數(shù)比油的要大得多（纖維的=7，水的=80，而變壓器油的2.3），因此在電場作用下，雜質將被吸引到電場強度較大的區(qū)域，在電極間構成雜質“小橋”，從而使油的擊穿強度降低。如雜質足夠多，則還能構成貫通電極間隙的“小橋”，流過較大的泄漏電流，使之強烈發(fā)熱，并使油和水局部沸騰和氣化，結果擊穿就沿此“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)測量絕緣油擊穿強度時采用的電極材料、電極形狀和電極面積對油的絕緣強度有影響。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)得知，在同樣

3、的試驗條件下，不同電極材料測量的同種油樣絕緣強度的排列順序為Fe<黃銅<Pb<Cu<Al<Au<Zn<Ag，即采用鐵電極測得值最低，而采用銀電極的測得值最高。若按金屬的導熱性排序，則可得到排列順序為Pb<Fe<黃銅<Zn<Al<Au<Cu<Ag。可以看出，除個別例外，大體上絕緣強度是隨電極金屬導熱性增加而提高的。 通常是用黃銅而不是用紫銅來制造電極，因為紫銅容易在表面上生成一層氧化膜；而在變壓器中實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準電極測得的變壓器油絕緣強度如表2-2

4、4所示。可以看出，純銅電極的測得值比黃銅電極的測得值高，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條件更嚴格。表2-24 電極材料對油絕緣強度的影響此外，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擊穿電壓有影響。研究表明，球形電極對油質最敏感；其次是平板式電極；而一種所謂“臺階式塔形電極”，由于建立起的電場極不均勻，所以幾乎看不出油質污染對絕緣強度的影響。圓盤電極邊緣若不是圓弧而是存在尖銳的棱角，則對絕緣強度有很大影響，這是由于油中極性雜質將被吸引到這些局部高場強的地方，從而減輕了油的不均勻性。因此，電極邊緣有棱角時，受潮油的絕緣強度總是比均勻電場時

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

6、于在電極之間的空間內吸引了大量的低沸點雜質，所以油的絕緣強度會有所降低。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絕緣油擊穿電壓測定法中對此有明確規(guī)定。(3)油的絕緣強度和溫度的關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，油的絕緣強度幾乎沒有變化。當油中含有水分時，則油的絕緣強度隨溫度的升高而增加，并在6080達到最大值。當溫度繼續(xù)升高時，油絕緣強度有所降低，如圖2-45所示。對此的解釋是：隨著溫度升高，油中水分因蒸發(fā)而減少會全部或部分由懸浮態(tài)轉變?yōu)槿芙鈶B(tài)，故絕緣強度增高。當達到最大值后繼續(xù)升高溫度，油中水分和

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

8、緣強度存在影響。由圖2-47可知，各種油的絕緣強度隨著受潮時間的延長而降低是很明顯的。纖維在吸潮后更容易在高場強下形成“小橋”，導致絕緣強度降低。顆粒含量對油絕緣強度及含水量關系的影響，如圖2-48所示。 圖2-47空氣濕度為98%時幾種受潮油絕緣強度與受潮時間的關系 圖2-48油的絕緣強度（擊穿電壓Uh）與含水量和懸浮顆粒含量的關系 1-純油；2-含1. 76mg炭；3-含0.21mg纖維；4-含1.12mg纖維極性物質對油的電導率和絕緣強度的影響取決于它們在油中的存在狀態(tài)，大致具有如表2-26所示的規(guī)律。 表2-26 極性物質對油的電導率和絕緣強度的影響 (6)溶解氣體對絕緣強度有很大影響，如