高電壓技術(shù)講解中

1、武漢華中華能高電壓科技發(fā)展有限公司高電壓技術(shù)講義（中）§1.3氣隙在各種電壓下的擊穿特性一、標準波形為了檢驗絕緣耐受雷電沖擊電壓的能力，在實驗室中可以利用沖擊電壓發(fā)生器產(chǎn)生沖擊高壓，以模擬雷電放電引起的過電壓。為了使得到結(jié)果可以相互比較，需規(guī)定標準波形。1.2us/50us。T1說明雷電流上升的陡度,反映電磁感應(yīng)的強烈程度.就是說T1越小，di/dt就越大（KA/s的值越大），那么瞬間雷電流就越大，經(jīng)公式H0 = i0/(2Sa)(A/m)計算出的雷電磁場強度就越大，那么就說它的電磁感應(yīng)強。T2說明雷電所含的電荷數(shù)量,反映雷電的能量這個就簡單了。從T2時間畫一條直線。那么波形曲線下的

2、陰影的面積通過積分計算，就可算出電荷量和能量。T2時間越長，則陰影的面積越大，那么電荷量和能量就越大。二、放電時延氣隙在沖擊電壓作用下?lián)舸┧璧娜繒r間為：t = t1 + ts + tft1為升壓時間，ts為統(tǒng)計時延，tf為放電形成時延50%沖擊放電電壓在持續(xù)電壓作用下，當氣體狀態(tài)不變時，一定距離的間隙，其擊穿電壓具有確定的數(shù)值，當間隙上所加的電壓達到其擊穿電壓時間隙就擊穿了。在沖擊電壓作用下，單獨用一個電壓來描述間隙的擊穿就不合理了。U50%的含義是在該電壓作用下，放電的概率為50%。三、伏秒特性：在同一波形、不同幅值的沖擊電壓作用下，間隙上出現(xiàn)的電壓最大值和放電時間的關(guān)系曲線稱為間隙的伏

3、秒特性曲線。工程上常用它來表征間隙在沖擊電壓下的擊穿特性。1、曲線的作出2、曲線的配合：保護設(shè)備的伏秒特性應(yīng)完全位于被保護設(shè)備的伏秒特性的下面。間隙的伏秒特性形狀與極間電場分布有關(guān)。對于均勻或梢不均勻電場，由于擊穿時的平均場強較高，放電發(fā)展較快，放電時延短，所以間隙的伏秒特性曲線比較平坦，而且分散性也較小，僅在放電時間極短時，略顯上翹。也就是說，在均勻電場中靠提高電壓來縮短擊穿所需時間是很難的。因為均勻電場的伏秒特性很平，其50%沖擊擊穿電壓和靜態(tài)擊穿電壓是相一致，所以在實踐中常常利用電場比較均勻的球間隙作為測量靜態(tài)電壓和沖擊電壓的通用儀表。 對于極不均勻電場中的間隙，其平均擊穿場強較低，放電

4、形成時延tf 受電壓的影響大， 較長且分散性也大，其伏秒特性曲線在放電時間還相當大時，便隨時間t之減小而明顯上翹，曲線比較陡。即使在電壓作用時間較長（擊穿發(fā)生在波尾）時，沖擊擊穿電壓也高于靜態(tài)擊穿電壓。具有較陡伏秒特性曲線的保護設(shè)備不容易與具有平伏秒特性的被保護設(shè)備配合§1.5大氣條件對氣隙擊穿電壓的影響結(jié)論：溫度升高、氣隙的擊穿電壓下降；濕度升高、氣隙的擊穿電壓升高；海拔高度升高、氣隙的擊穿電壓降低；氣壓升高、氣隙的擊穿電壓升高。濕度對氣隙擊穿電壓的影響與電場的形式有關(guān)，均勻電場和稍不均勻電場中濕度的影響比較小，極不均勻電場中濕度的影響比較大，其原因是均勻電場中擊穿場強較高，電子運

5、動速度較大，水分子不易吸附電子，所以濕度的影響較??；在極不均勻電場中，平均擊穿場較低，放電形成時延較長，所以濕度的影響就比較明顯。§1.6提高氣隙擊穿電壓的方法措施一、改進電極形狀1、改進電極形狀，增大電極曲率半徑。采用屏蔽罩以增大電極的曲率半徑是一種常用的方法，一些高壓設(shè)備的高壓出現(xiàn)端都加裝屏蔽罩以降低出線端附近空間的最大場強，提高電暈起始電壓。此外、在超高壓線路絕緣子串上安裝保護金具、超高壓線路上采用擴徑導(dǎo)線等都是根據(jù)屏蔽原理改善電場分布提高電暈起始電壓的具體應(yīng)用。2、去除電極表面及邊緣的毛刺和棱角，消除電場局部增強的現(xiàn)象。 措施二、利用空間電荷改善電場分布 在極不均勻電場中，由

6、于氣隙擊穿前先發(fā)生電暈放電，因此在一定條件下，可以利用放電自身產(chǎn)生的空間電荷來改善電場分布。例如采用細線，如“線-板”、“線-線”結(jié)構(gòu)在一定的距離范圍內(nèi)有可能提高氣隙的擊穿電壓。這是因為：當導(dǎo)線直徑很小時，周圍容易形成比較均勻的電暈層，電暈放電形成的空間電荷調(diào)整和改善了電場分布，從而提高了擊穿電壓。當氣隙距離超過一定值，細線也將產(chǎn)生刷形放電，或?qū)Ь€直徑較大因其表面不夠光滑將產(chǎn)生局部電暈和刷形放電，破壞了比較均勻的電暈層，此后其擊穿電壓也將下降。措施三、極不均勻電場中采用屏障改善電場分布。1、在直流電壓下，擊穿電壓隨著屏障位置的不同有很大的變化。最有利的地方在x/l=0.2處,針正板負間隙擊穿電

7、壓可提高2-3倍，但針負板正間隙擊穿電壓僅提高0.2倍。2、極間障能夠提高氣隙的擊穿電壓不是靠它自身分壓，而是利用空間電荷對電場分布的改善實現(xiàn)的。3、交流電壓作用下，屏障作用同在直流電壓下針正板負間隙。措施四、削弱或抑制游離過程。1、采用高氣壓：空氣在常壓下的電氣強度約為30kV/cm，如果壓縮空氣，使氣壓大大超過0.1MPa，它的電氣強度就能顯著提高。實用中許多場合應(yīng)用高氣壓的氣體作為高電氣強度的介質(zhì)（壓縮空氣斷路器、標準電容器等設(shè)備的內(nèi)絕緣）。 從圖中可見： 2.8MPa的空氣具有極高的擊穿電壓，但此時對電氣設(shè)備外殼的密封性能和機械強度要求很高，因此目前廣泛應(yīng)用SF6，為得到同樣的電氣強度

8、，只需0.7MPa的氣壓就可.2、采用強電負性氣體（高電氣強度）：目前、得到工程應(yīng)用的強電負性氣體惟有六氟化硫及其混合氣體。 SF6的電氣強度約為空氣的2.5倍，其滅弧能力則為空氣的100倍以上。SF6所以具有較高的電氣強度是因為它具有電負性、游離能高、分子量大。但應(yīng)該注意到： SF6優(yōu)異的絕緣性能只有在均勻電場中才能充分發(fā)揮，因此設(shè)計SF6氣體作為絕緣的各種電氣設(shè)備時，應(yīng)盡量使氣隙的電場均勻化。3、高真空的采用。依據(jù)巴申特性曲線，采用高真空將會得出擊穿電壓極高甚至趨于無限大的結(jié)論。試驗也表明極間距離較小時高真空的擊穿電壓很高，其值超過了壓縮氣體；但極間距離較大時擊穿電壓提高緩慢，明顯低于壓縮

9、氣體間隙的擊穿電壓。§1.7沿面放電一、問題提出 電力系統(tǒng)中，電氣設(shè)備的帶電部分總要用固體絕緣材料來支撐或懸掛。絕大多數(shù)情況下，這些固體絕緣是處于空氣中的。如輸電線路的懸式絕緣子、隔離開關(guān)的支柱絕緣子等。當這些絕緣子的極間電壓超過一定值時，常常在固體電介質(zhì)和空氣的交界面上出現(xiàn)放電現(xiàn)象，這種沿著固體電介質(zhì)表面的氣體發(fā)生的放電稱為沿面放電。當沿面放電發(fā)展成貫通兩極的放電時，稱為閃絡(luò)。研究表明：在相同的放電距離下，沿面閃絡(luò)電壓比純氣隙的擊穿電壓低得多，可見一個絕緣裝置的實際耐壓能力是取決于它的沿面閃絡(luò)電壓的。因此，在確定輸電線路和變電所外絕緣的絕緣水平是，其沿面閃絡(luò)電壓起著決定性作用。應(yīng)該

10、注意的是，不僅要研究表面干燥、清潔時的沿面放電，而且要研究表面潮濕、污染時的沿面放電，因為它們的放電機理有很大的不同，甚至可能在工作電壓下發(fā)生閃絡(luò)，對電力系統(tǒng)的安全運行構(gòu)成威脅，因而日益受到重視。由于污閃引起的事故每年都會有。二、均勻電場中沿面放電的形成1、用電介質(zhì)表面不是理想光滑來分析：在交流電場或沖擊電壓作用下，兩種不同材料的電介質(zhì)配合使用時、介電常數(shù)小的分擔的電壓低。雖然電瓷表面是光滑的，但畢竟不是理想的光滑，夸張地說是凸凹不平的，這樣在電瓷表面就形成了固體與氣體的串聯(lián)。在交流或沖擊電壓的作用下，多層串聯(lián)電介質(zhì)中的電場分布與介質(zhì)的介電常數(shù)成反比，空氣的介電常數(shù)遠小于固體介質(zhì)的介電常數(shù)，所

11、以氣體分擔的電壓遠比固體的要高，而氣體的絕緣強度又比固體的低，所以很容易發(fā)生局部放電。2、解釋方法二：固體介質(zhì)與電極表面沒有完全密合接觸而存在微小氣隙，或介質(zhì)表面有裂紋。由于空氣的介電常數(shù)總比固體的低，這些微小氣隙中的場強將比平均場強大得多，從而引起局部放電。放電產(chǎn)生的帶電質(zhì)點從氣隙中逸出，帶電質(zhì)點到達介質(zhì)表面后，畸變原有的電場，從而降低了沿面閃絡(luò)電壓。 在實際絕緣結(jié)構(gòu)中常將電極與介質(zhì)接觸面仔細研磨，使兩者緊密接觸，以消除氣隙，或在介質(zhì)端面上噴涂金屬，將氣隙短路，使沿面閃絡(luò)電壓提高。3、解釋方法三：固體電介質(zhì)表面吸收水分而形成水膜時，一方面水膜中的離子在電場作用下向兩極移動，逐漸在兩電極附近積

12、聚電荷，并使電介質(zhì)表面電場分布不均勻，電極附近電場場強增加，因而降低了閃落電壓；另一方面水的電導(dǎo)比較大，水膜上分擔的壓降低，而與之串聯(lián)的空氣上分擔的電壓要高，也容易引起局部放電，而使閃絡(luò)電壓降低。介質(zhì)表面的吸附水分的能力越大，閃絡(luò)電壓越低。有強垂直分量的極不均勻電場中沿面放電的形成1、放電發(fā)展過程在電壓比較低時，在法蘭附近首先產(chǎn)生了電暈，隨著外加電壓的提高，電暈轉(zhuǎn)化成刷形放電；外加電壓進一步提高，刷形放電轉(zhuǎn)化成滑閃；當電壓達到某臨界值時，滑閃溝通兩極形成閃絡(luò)。2、當套管上加上交流電壓時，沿套管表面將有電流流過，由于R、C的存在，沿套管表面的電流是不相等的，越靠近法蘭處電流越大，單位距離上的壓降

13、也越大，電場也越強。當外加電壓不足以使整個間隙擊穿時，在法蘭處產(chǎn)生了電暈，帶電粒子被電力線的垂直分量壓在電介質(zhì)表面，縱向分量推動帶電粒子定向運動，加大了帶電粒子與電介質(zhì)的摩擦而使溫度升高，產(chǎn)生了熱游離，使放電發(fā)展。3、特點：1）固體介質(zhì)的介電常數(shù)越大，固體介質(zhì)的厚度越小，則電容越大，沿電介質(zhì)表面的電壓分布越不均勻，使沿面閃絡(luò)電壓越低；2）固體介質(zhì)的體積電阻越小，沿面閃絡(luò)電壓越低；3）電壓變化速度越快，頻率高，分流作用也就越大，電壓分布越不均勻，閃絡(luò)電壓越低；4）表面電阻在一定范圍內(nèi)適當減小，可使沿面的最大電場強度降低，從而提高閃絡(luò)電壓。如何提高沿面閃絡(luò)電壓1、增大沿面距離 電介質(zhì)表面采用帶有瓷

14、裙的結(jié)構(gòu)，瓷裙下面還帶棱。在系統(tǒng)中為防止污閃，對耐張絕緣子串來說，可通過增加串中片數(shù)達到目的；而對懸垂串來說，在增加片數(shù)有困難時可換用每片爬距較大的耐污型絕緣子或改用V形串固定導(dǎo)線，或推行用一種復(fù)合材料制成環(huán)狀薄片，將其嵌入絕緣子鐵帽下部的防污閃新技術(shù)，加裝了薄片后既增大了泄漏距離，又改善了絕緣子表面電場分布，對于抑制帽沿根部電暈的產(chǎn)生、防務(wù)和提高閃絡(luò)電壓很有效。2、采用半導(dǎo)體釉和硅橡膠絕緣子防污閃半導(dǎo)體釉絕緣子表面一直有一個比普通絕緣子表面泄漏電流為大的表面電導(dǎo)電流流過，使絕緣子表面溫度比環(huán)境溫度略高，因而污層不易吸潮，積污也比較少。此外，釉層電導(dǎo)還能緩解干區(qū)電場集中現(xiàn)象，使干區(qū)不易出現(xiàn)局部

15、電弧，沿整個絕緣子傳的電壓分布都比較均勻。但這種材料比較容易被腐蝕和老化，影響了其推廣。有機硅橡膠合成絕緣子的防污性能比普通絕緣子要好得多，它由承受外力負荷的芯棒和保護芯棒免受大氣環(huán)境侵襲的裙套以及金屬連接附件組成復(fù)合結(jié)構(gòu)絕緣子，玻璃鋼芯棒采用玻璃纖維束經(jīng)樹脂浸漬后通過引拔模加熱固化而成，有極高的抗張強度。至目前為止，硅橡膠仍是最理想的傘套材料，它的電氣強度、憎水性強、耐污性能好，在不同溫度下性質(zhì)穩(wěn)定。絕緣子串上的電位分布1、不同電壓等級使用絕緣子的片數(shù)一般35kV線路用3片，110 kV線路用7-9片， 220kV線路用13-15片，330 kV線路用19-21片，500kV線路用25-28

16、片。以330kV線路用19片絕緣子為例：相電壓為209.5kV,如果每片絕緣子分擔的電壓相等,則每片絕緣子分擔的電壓約為11kV。絕緣子的起暈電壓為2022kV，按理說330kV線路絕緣子上不應(yīng)該發(fā)生電暈，但事實上，330kV線路在正常設(shè)計和運行時就有電暈，為什么？2、分析：其原因是絕緣子上的電位分布是不均勻的，第一片絕緣子上分擔的電壓為11.5%相電壓，即24.1kV,已經(jīng)超過起暈電壓。為什么電壓分布是不均勻的呢？電容：任意兩點之間有電位差、又存在中間介質(zhì)的話就可以等效出電容。 由于每片絕緣子的鐵腳與鐵塔之間存在著電位差、又有空氣中間介質(zhì)存在，所以絕緣子與鐵塔之間存在雜散電容，通常絕緣子的等

17、效電容為5070pF，絕緣子與鐵塔之間的等效電容為4-5pF，雖然比較小，但由于它的存在，要流走一部分電流，使電位分布不均勻。第一片上分擔的電壓最高，越遠離導(dǎo)線分擔的電壓越低。由于導(dǎo)線與絕緣子鐵腳之間也存在電位差，同樣存在著雜散電容，此電容一般為0.5-1 pF.由于它的存在,導(dǎo)線中會有雜散電流通過它流入絕緣子。由于此電流比絕緣子對鐵塔之間流走的電流小，所以影響力也小。但隨著它的積累，使得靠近鐵塔的幾片絕緣子上分擔的電壓有所上升。3如何改善絕緣子串上的電壓分布 安裝均壓環(huán)。330kV及以上的線路絕緣子串上要安裝均壓環(huán)，其原理是利用增大導(dǎo)線對絕緣子的電容，提高其回路流過的電流，來補償絕緣子對地雜

18、散電容中流走的電流。小結(jié)l 外界游離因素提供的空間電荷形成了氣體間隙的電導(dǎo)。在較低外加電場的作用下，電子的碰撞游離，使氣體間隙出現(xiàn)非自持放電。在足夠外加電場的作用下，電子崩中的正離子運動到陰極，使陰極發(fā)出的有效電子能夠取代外界游離因素使陰極發(fā)出起始電子時，則放電轉(zhuǎn)為自持放電。l 湯遜理論只計入了電子在空間的碰撞游離及正離子使陰極放出電子的過程，故湯遜理論只能解釋低氣壓短間隙中的氣體放電。l 在湯遜理論的基礎(chǔ)上，又考慮了空間電荷對電場的畸變和光游離的影響提出的流注理論，解釋了大氣壓下一般間隙的氣體放電。l 湯遜理論與流注理論的異同（見多媒體課件）l 均勻電場中，各點的電場強度相等，電場強度低于氣

19、體的絕緣強度時不存在電暈放電，能充分發(fā)揮間隙中全部氣體的絕緣性能，故其放電電壓最高。l 不均勻電場，以其不對稱、極不均勻電場的棒板電場和對稱的極不均勻電場的棒棒電極電場為例。棒端電場強度最高，間隙中大部分的電場強度雖低于氣體的絕緣強度，但最高電場強度若超過了氣體的絕緣強度，則發(fā)生電暈放電。棒極帶正電荷時，空間正電荷會增加未游離區(qū)的場強，使游離易于發(fā)展，故其擊穿電壓最低。而棒帶負電荷時，空間正電荷使未游離區(qū)的場強降低，阻礙游離發(fā)展，其擊穿電壓就高得多。故不對稱電場具有極性效應(yīng)。l 由于點火電子的出現(xiàn)和碰撞游離的發(fā)展都需要時間，故電壓作用時間是氣體放電的三要素之一。放電時間是統(tǒng)計時延及放電形成時延

20、之和。統(tǒng)計時延的長短與外界游離因素的作用等相關(guān)，具有統(tǒng)計性，故放電時間不是固定的，可以提前或滯后。放電時間一般是很短的，是微秒級，工頻電壓的幅值作用時間遠大于間隙放電時間，故工頻放電取決于電壓幅值。但沖擊電壓作用時間也是微秒級，特別是波頭僅一個多微秒，電壓變化很快，放電時間的長短就使放電電壓值不同，故沖擊電壓作用時，間隙有伏秒特性。均勻電場比不均勻電場放電所需要時間短，間隙的伏秒特性曲線較平，操作沖擊電壓作用時，氣體間隙的伏秒特性呈“U”型曲線，在臨界波頭時其放電電壓最低。l 周圍接地體使間隙的電容增大，最大電場強度值增高，故使間隙的擊穿電壓降低，即鄰近效應(yīng)。l 提高氣體間隙的主要措施是改進電

21、極形狀，使電場分布均勻。棒板電場中加極間屏障，利用屏障阻擋離子，當屏障在靠近棒極為整個間隙的1520%位置，屏上的離子分布較均勻，與板極形成較均勻電場，可使擊穿電壓提高3 4倍。l 間隙在密閉容器中，加大氣壓或抽真空，減少其碰撞游離概率或減少碰撞次數(shù)，而使間隙擊穿電壓提高。l 利用高絕緣強度的氣體可使間隙的擊穿電壓提高。l 固體介質(zhì)表面凸凹不平形成氣體與固體介質(zhì)的串聯(lián)支路，工頻電壓按介電常數(shù)反比例分布，和固體表面附著水分、灰塵等使固體介質(zhì)表面電場畸變。由于表面電容的影響使靠近短電極的固體介質(zhì)表面電場強度增高，故使沿面放電（閃絡(luò)）電壓降低。l 將固體介質(zhì)表面作得光滑、干凈、（浸涂絕緣漆、瓷釉）使

22、沿面電場分布改善；加棱、裙等延長沿面放電路徑，降低沿面場強；加內(nèi)屏蔽減小表面電容的影響等均可使沿面放電電壓提高。l 由于絕緣子串對地電容的影響使其電壓分布不均勻，靠導(dǎo)線絕緣子分擔電壓最高。利用均壓環(huán)增大導(dǎo)線對絕緣子的電容，補償對地電容的影響，使其電壓分布改善。第二章、液體和固體介質(zhì)的絕緣性能§2.1電介質(zhì)的極化一、問題提出：在密閉容器中加入兩平板電極，容器抽真空。在電極上加上外加電壓進行充電。靜止后電量為Q0，Q0=C0U。在兩電極間加入厚度與極間距相同的固體電介質(zhì)重新完成試驗。發(fā)現(xiàn)極板上的電量增加了Q，Q=Q0+Q。問Q這些電量是如何來的呢？二、解釋：在電場的作用下，電介質(zhì)相對電極

23、兩面呈現(xiàn)電性的現(xiàn)象。來源于固體電介質(zhì)的極化。固體介質(zhì)內(nèi)部形成一個極性與外加電壓方向相反的附加電場，為保持兩極板間電壓不變，電源需要再提供Q這些電量來平衡附加電場。在電場的作用下，電介質(zhì)相對電極兩面呈現(xiàn)電性的現(xiàn)象稱為極化。 對介電常數(shù)相對介電常數(shù)是用來描述電介質(zhì)極化能力強弱的參數(shù)。極化的形式及特點電子式極化：速度快、不消耗能量、彈性的。離子式極化：速度較快、不消耗能量、彈性的。偶極子極化：速度較慢、消耗能量、彈性的。夾層極化：速度慢、消耗能量、非彈性的。所以、電介質(zhì)極化可以定義為帶電粒子彈性的位移和轉(zhuǎn)向及空間電荷的重新分配，也可以定義為有損極化和無損極化。電介質(zhì)極化在工程實際中的應(yīng)用作電容的材料

24、的介電常數(shù)要大；在交流及沖擊電壓作用下，多層串聯(lián)電介質(zhì)中的場強分布與介電常數(shù)成反比。利用夾層極化可以判斷絕緣受潮的情況。§2.2電介質(zhì)的電導(dǎo)電導(dǎo)：任何電介質(zhì)都有一定的導(dǎo)電性。金屬電導(dǎo)是電子電導(dǎo)、電介質(zhì)電導(dǎo)是離子電導(dǎo)。電介質(zhì)的等值電路電路中 i1為幾何充電電容電流i2為吸收電流i3為泄漏電流研究電導(dǎo)的意義：在高壓設(shè)備絕緣預(yù)防性試驗中，測量電介質(zhì)的電導(dǎo)和吸收比可以判斷絕緣是否受潮。多層介質(zhì)在直流電壓作用下的穩(wěn)態(tài)電壓分布與各層介質(zhì)的電導(dǎo)成反比。設(shè)計絕緣時，要考慮到絕緣的使用條件，特別是濕度的影響。并不是所有情況下都希望絕緣電阻高，有些情況下要設(shè)法減小絕緣電阻。§2.3電介質(zhì)的損耗

25、電介質(zhì)損耗包括極化損耗和電導(dǎo)損耗。在直流電壓的作用下，由于電介質(zhì)中沒有周期性都極化過程，當外施電壓低于發(fā)生局部放電的電壓時，介質(zhì)中的損耗僅由電導(dǎo)所引起。 用有功功率P來表示介質(zhì)損耗是不方便的，因為P值與實驗電壓、試品尺寸等因素有關(guān)，不同試品間難以互相比較，而對一定結(jié)構(gòu)的試品，在外界電壓一定的情況下，介質(zhì)損耗僅決定于，而如同介電常數(shù)和電導(dǎo)率一樣，僅取決于介質(zhì)本身的特性參數(shù)。因此，為了比較不同介質(zhì)在交變電壓作用下的損耗性能，就成為衡量介質(zhì)損耗大小的物理量。研究介質(zhì)損耗的意義：（1）在設(shè)計絕緣結(jié)構(gòu)時，必須注意到絕緣材料的，若值過大則會引起嚴重發(fā)熱，使材料容易劣化，甚至可能導(dǎo)致熱擊穿。（2）用于沖擊測

26、量的連接電纜，其絕緣的值必須很小，否則沖擊波在電纜中傳播時將引起嚴重畸變，影響測量精確度。（3）預(yù)防性試驗的一種。（4）作為絕緣材料，希望其越小越好。§2.4液體電介質(zhì)的擊穿特性一、液體分純凈液體和工業(yè)上應(yīng)用的液體，純凈液體的放電理論是電擊穿理論，工業(yè)上應(yīng)用的液體的放電理論是“小橋理論”。二、“小橋理論”工程上所用的液體介質(zhì)中總難免會混入一些雜質(zhì)，如變壓器油中常因受潮而含有水分，還有從固體絕緣材料中脫落的纖維或其他雜質(zhì)，當油中含有水分和纖維時，由于水和纖維的介電常數(shù)很大，尤其是纖維吸潮后，很容易沿電場方向極化定向排列，排列成雜質(zhì)小橋，并在電極間形成電導(dǎo)較大的通道，引起泄漏電流增大，溫

27、度升高，促使油和水分汽化，氣泡擴大，最后擊穿。三、標準試油杯為什么要作成均勻電場的？ 在不均勻電場中，間隙中強電場出發(fā)生的局部放電使液體介質(zhì)發(fā)生波動，雜質(zhì)不易搭成小橋，液體的擊穿電壓受到雜質(zhì)的影響減小，不能正確判斷油的品質(zhì)，所以必須作成均勻電場。 在標準試油杯中，液體（變壓器油）的擊穿電壓為2060KV，其平均擊穿場強為2060KV/0.25cm=80240KV/cm。而均勻電場中空氣的擊穿場強為30KV/cm，所以氣體的擊穿場強比液體的低很多。四、影響液體介質(zhì)擊穿電壓的主要因素液體（變壓器油）的擊穿在標準試油杯中為2060KV，其平均擊穿場強為2060KV/0.25cm=80240KV/cm

28、。1、液體的品質(zhì)的影響1）含水量對液體擊穿電壓的影響 變壓器油在不同的環(huán)境中，吸收水分的能力和程度是不同的，因此變壓器油中的含水量也不相同。比較干燥的油在潮濕的環(huán)境中，經(jīng)過一段時間后，含水量會逐漸增加，最后達到某一飽和值。水分在油中以溶解狀態(tài)、懸浮狀態(tài)和在容器底部沉積三種狀態(tài)出現(xiàn)。溶解狀態(tài)的水分只要不因含水量過大而使油的電導(dǎo)顯著增加，對油的擊穿電壓影響不大。懸浮狀態(tài)的小水滴能夠在電場作用下極化并在極間排成導(dǎo)電的“小橋”，使油的擊穿電壓顯著下降。從圖中可見，變壓器油的含水量僅達到十萬分之幾時，變壓器油的擊穿電壓就顯著降低。當含水量超過0.02%時，多余的水分常沉積在容器的底部，故對油的擊穿電壓進

29、一步降低是有一定限度的。 2、含纖維量的影響當變壓器油中有纖維存在時，在電場作用下，纖維將沿著電場方向定向排列，形成“小橋”，使變壓器油的擊穿電壓大為降低。3、含碳量的影響 某些電氣設(shè)備中的絕緣油在運行中常受到電弧的作用，電弧的高溫會使絕緣油分解而產(chǎn)生碳粒。新生的活性碳粒有很強的吸附水分和氣體的能力，從而使油的絕緣強度提高，同時碳粒本身是導(dǎo)體，它分散在油中使附近的局部強場增強而使油的絕緣強度降低?？傊毝稚⒌奶剂τ偷慕^緣強度影響并不顯著，但碳粒吸附水分逐漸沉積到電氣設(shè)備的固體介質(zhì)表面，形成油泥，易造成油中沿固體介質(zhì)表面的放電，同時也影響散熱。在不均勻電場中，由于油的波動使小橋不易搭成，所以液體的品質(zhì)影響較小，沖擊電壓下液體的品質(zhì)對擊穿電壓的影響也較小。4、溫度的影響：溫度對液體擊穿電壓的影響與水分的狀態(tài)密切相關(guān)。當溫度由00C開始逐漸上升時，水在油中的溶解度逐漸增大，原來懸浮狀態(tài)的水分逐漸轉(zhuǎn)化為溶解狀態(tài)，使油的擊穿電影逐漸升高。當溫度超過60-800C時，溫度再升高，則水分開始汽化，油也開始汽化，產(chǎn)生氣泡，使擊穿電壓降低。在0-50C時，油中水分