影響液體電介質(zhì)擊穿電壓的因素

影響液體電介質(zhì)擊穿電壓的因素

對液體電介質(zhì)，通常用標準試油器，又稱標準油杯，按標準試驗方法測得的工頻擊穿電壓來衡量其品質(zhì)的優(yōu)劣，而不用擊穿場強值。因為即使是均勻場，擊穿場強E_b也隨間隙距離d的增大而明顯下降，如圖4-16所示。

我國國家標準GB／T507-2002對標準油杯推薦了兩種形狀的電極：一種為球形電極；另一種為球蓋形電極，電極材料為黃銅或不銹鋼。球形電極由兩個直徑為12.5～13.0mm的球電極組成，電極間距離2.5mm；球蓋形電極由兩個直徑為36mm的球蓋形電極組成，電極間距離也為2.5mm，見圖4-17。標準油杯的器壁為透明的有機玻璃。

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對變壓器油，其標準油杯中的擊穿電壓一般為，目前特高壓工程用變壓器油可達70kV；

對電容器油及電纜油，其標準油杯中的擊穿電壓一般為

必須指出，在標準試油杯中測得的油的電氣強度只能作為對油的品質(zhì)的衡量標準，不能用此數(shù)據(jù)直接計算在不同條件下油間隙的耐受電壓。

1．雜質(zhì)（懸浮水、纖維）

水在油中有兩種存在方式，分子狀態(tài)溶解或乳化狀態(tài)懸浮。水分若溶解于油中，對耐壓

影響不大；若呈懸浮狀，則由于易形成小橋，對擊穿電壓影響較大。

圖4-18中，含水量僅十萬分之幾，就使擊穿電壓顯著下降。若含水量繼續(xù)增多，則只增加幾條并聯(lián)的擊穿通道，擊穿電壓基本不再下降。當有纖維存在時，含水量對擊穿電壓的影響特別明顯。電場越均勻，雜質(zhì)對擊穿電壓影響越大，不均勻場因強場處擾動大，雜質(zhì)不易成橋，故含水量對擊穿電壓的影響小；沖擊電壓下因電壓作用時間太短，雜質(zhì)來不及形成橋，故含水量對擊穿電壓的影響也小。

2．溫度

溫度對變壓器油擊穿電壓的影響比較復(fù)雜，和油的品質(zhì)、電場均勻度及電壓作用時間有關(guān)。在較均勻電場及1min工頻電壓作用下，變壓器油的擊穿電壓和溫度的關(guān)系如圖4-19所示。

圖4-19中，曲線1、2分別代表干燥的油和受潮的油的試驗曲線。水在油中有兩種狀態(tài)，溶解態(tài)和乳化態(tài)，前者對油的擊穿電壓影響小，后者影響較大。受潮的油當溫度從0℃逐漸升高時，水分在油中的溶解度也逐漸增大，有一部分乳化態(tài)的水分轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙鈶B(tài)，油的擊穿電壓逐漸升高；當溫度超過60～80℃時，部分水分開始汽化，使油的擊穿電壓降低；0℃左右呈乳化態(tài)的水分最多，故此時油的擊穿電壓低；溫度再低時水分結(jié)成冰粒，不能被電場拉長，此外油也將凝固，因而擊穿電壓增加；對于很干燥的油，就沒有這種變化情況，隨著溫度的升高，油的擊穿電壓只是單調(diào)地逐漸稍有降低。

在極不均勻電場中，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，不像均勻電場中那樣復(fù)雜，只是隨著溫度的上升，擊穿電壓略有下降。

不論是均勻或不均勻電場，在沖擊電壓下油隙的擊穿電壓和溫度沒有顯著關(guān)系，也是雜質(zhì)和水分來不及形成小橋的緣故。

3．電壓作用時間

電壓作用時間對油的擊穿電壓有很大影響，如圖4-20所示。

在電壓作用時間很短時，擊穿電壓隨時間的變化規(guī)律和氣體電介質(zhì)的伏秒特性相似。當電壓作用時間較長時，主要是受雜質(zhì)的影響。

電壓作用時間越長，雜質(zhì)成橋，電介質(zhì)發(fā)熱越充分，故擊穿電壓越低。故一般不太臟的油1min擊穿電壓和長時間擊穿電壓的試驗結(jié)果差不多，所以做油耐壓試驗時，只做1min。

4．電場均勻程度
液體電介質(zhì)擊穿電壓的分散性和電場的均勻程度有關(guān)，電場不均勻程度增加，擊穿電壓的分散性減小，工頻擊穿電壓的分散性在極不均勻電場中常不超過5％，而在均勻電場中可達30%~40%
在工頻電壓作用下，如電場較均勻，則油的品質(zhì)對油隙擊穿電壓的影響很大；如電場極不均勻，則油的品質(zhì)對油隙擊穿電壓影響很小。這是由于在極不均勻電場下，強電場電極附近強烈電離，帶電質(zhì)點吸斥運動使油受到強烈擾動，阻礙了小橋的形成。可見，油的純凈程度較高時，改善電場的均勻程度能使工頻或直流電壓下的擊穿電壓明顯提高。但在品質(zhì)較差的油中，因雜質(zhì)的聚集和排列已使電場畸變，電場均勻帶來的好處并不明顯。
含雜質(zhì)的油受沖擊電壓作用時，因為雜質(zhì)存在慣性來不及形成“小橋"，無論在均勻場還是不均勻場中，油的品質(zhì)對沖擊擊穿電壓沒有明顯影響，則改善電場均勻程度能提高其擊穿電壓。考慮液體電介質(zhì)絕緣時，如果運行中能保持油的清潔，或主要承受沖擊電壓的作用，則應(yīng)盡可能使電場均勻；如果長期承受電壓的作用且油運行中容易變臟和老化，則應(yīng)想辦法盡量減少雜質(zhì)的影響。
5．壓力
圖4-21 變壓器油工頻擊穿電壓與壓力的關(guān)系
對于工程液體電介質(zhì)，擊穿電壓是隨壓力的增加而提高的，如圖4-21所示。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，這兩個因素都將使液體的擊穿電壓提高。但對于極純凈的液體或在沖擊電壓下，壓力對擊穿電壓基本無影響。這說明了壓力對液體擊穿電壓的影響，主要原因在于油中所含的氣體。總的來說，工程液體電介質(zhì)擊穿電壓隨壓力而上升的程度遠不如氣隙。