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(duì)液體電介質(zhì)，通常用標(biāo)準(zhǔn)試油器，又稱標(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)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(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB／T507-2002對(duì)標(biāo)準(zhǔn)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(gè)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(gè)直徑為36mm的球蓋形電極組成，電極間距離也為2.5mm，見(jiàn)圖4-17。標(biāo)準(zhǔn)油杯的器壁為透明的有機(jī)玻璃。

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對(duì)變壓器油，其標(biāo)準(zhǔn)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(dá)70kV；

對(duì)電容器油及電纜油，其標(biāo)準(zhǔn)油杯中的擊穿電壓一般為

必須指出，在標(biāo)準(zhǔn)試油杯中測(cè)得的油的電氣強(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。

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(duì)耐壓

影響不大；若呈懸浮狀，則由于易形成小橋，對(duì)擊穿電壓影響較大。

圖4-18中，含水量?jī)H十萬(wàn)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(dāng)有纖維存在時(shí)，含水量對(duì)擊穿電壓的影響特別明顯。電場(chǎng)越均勻，雜質(zhì)對(duì)擊穿電壓影響越大，不均勻場(chǎng)因強(qiáng)場(chǎng)處擾動(dòng)大，雜質(zhì)不易成橋，故含水量對(duì)擊穿電壓的影響小；沖擊電壓下因電壓作用時(shí)間太短，雜質(zhì)來(lái)不及形成橋，故含水量對(duì)擊穿電壓的影響也小。

2．溫度

溫度對(duì)變壓器油擊穿電壓的影響比較復(fù)雜，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(yàn)曲線。水在油中有兩種狀態(tài)，溶解態(tài)和乳化態(tài)，前者對(duì)油的擊穿電壓影響小，后者影響較大。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(dāng)溫度超過(guò)60～80℃時(shí)，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(shí)油的擊穿電壓低；溫度再低時(shí)水分結(jié)成冰粒，不能被電場(chǎng)拉長(zhǎng)，此外油也將凝固，因而擊穿電壓增加；對(duì)于很干燥的油，就沒(méi)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(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，擊穿電壓略有下降。

不論是均勻或不均勻電場(chǎng)，在沖擊電壓下油隙的擊穿電壓和溫度沒(méi)有顯著關(guān)系，也是雜質(zhì)和水分來(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)油的擊穿電壓有很大影響，如圖4-20所示。

在電壓作用時(shí)間很短時(shí)，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。當(dāng)電壓作用時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，主要是受雜質(zhì)的影響。

電壓作用時(shí)間越長(zhǎng)，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(zhǎng)時(shí)間擊穿電壓的試驗(yàn)結(jié)果差不多，所以做油耐壓試驗(yàn)時(shí)，只做1min。

4．電場(chǎng)均勻程度
液體電介質(zhì)擊穿電壓的分散性和電場(chǎng)的均勻程度有關(guān)，電場(chǎng)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(chǎng)中常不超過(guò)5％，而在均勻電場(chǎng)中可達(dá)30%~40%
在工頻電壓作用下，如電場(chǎng)較均勻，則油的品質(zhì)對(duì)油隙擊穿電壓的影響很大；如電場(chǎng)極不均勻，則油的品質(zhì)對(duì)油隙擊穿電壓影響很小。這是由于在極不均勻電場(chǎng)下，強(qiáng)電場(chǎng)電極附近強(qiáng)烈電離，帶電質(zhì)點(diǎn)吸斥運(yùn)動(dòng)使油受到強(qiáng)烈擾動(dòng)，阻礙了小橋的形成。可見(jiàn)，油的純凈程度較高時(shí)，改善電場(chǎng)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(chǎng)畸變，電場(chǎng)均勻帶來(lái)的好處并不明顯。
含雜質(zhì)的油受沖擊電壓作用時(shí)，因?yàn)殡s質(zhì)存在慣性來(lái)不及形成“小橋"，無(wú)論在均勻場(chǎng)還是不均勻場(chǎng)中，油的品質(zhì)對(duì)沖擊擊穿電壓沒(méi)有明顯影響，則改善電場(chǎng)均勻程度能提高其擊穿電壓。考慮液體電介質(zhì)絕緣時(shí)，如果運(yùn)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(chǎng)均勻；如果長(zhǎng)期承受電壓的作用且油運(yùn)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(duì)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(gè)因素都將使液體的擊穿電壓提高。但對(duì)于極純凈的液體或在沖擊電壓下，壓力對(duì)擊穿電壓基本無(wú)影響。這說(shuō)明了壓力對(duì)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(lái)說(shuō)，工程液體電介質(zhì)擊穿電壓隨壓力而上升的程度遠(yuǎn)不如氣隙。