影响液体电介质击穿电压的因素分析

影响液体电介质击穿电压的因素分析

液体电介质的击穿电压是衡量其绝缘性能的重要指标，其大小不仅取决于电介质本身的品质，还受到温度、电压作用时间、电场均匀度和压力等多种因素的影响。本文将详细探讨这些因素对液体电介质击穿电压的具体影响。

液体电介质的品质

液体电介质的品质主要由其所含杂质的多少决定，杂质含量越多，品质越差，击穿电压也越低。通常采用标准油杯按照标准试验方法测得的工频击穿电压来衡量其品质。

我国采用的标准油杯如上图所示，极间距离为2.5mm，电极是直径等于25mm的圆盘形钢电极，为了减弱边缘效应，电极的边缘加工成半径为2.5mm的半圆，可见极间电场基本上是均匀的，标准油杯的器壁为透明的有机玻璃。必须指出，在标准油杯中测得的油的耐电强度只能作为对油的品质的衡量标准，不能用此数据直接计算在不同条件下油间隙的耐受电压,因为同一种油在不同条件下的耐电强度是有很大差别的。下面具体讨论变压器油本身的某些品质因素对耐电强度的影响。

含水量

水分在油中有三种存在方式，当含水量极微小时，水分以分子状态溶解于油中，这种状态的水分对油的耐电强度影响不大。当含水量超过其溶解度时，多余的水分便以乳化状态悬浮在油中，这种悬浮状态的小水滴在电场作用下极化易形成“小桥”，对油的耐电强度有很强烈的影响。下图所示是在标准油杯中测出的变压器油的工频击穿电压与含水量的关系。由图可见，在常温下，只要油中含有0.01%的水分，就会使油的击穿电压显著下降。当含水量超过0.02%时，多余的水分沉淀到油的底部，因此击穿电压不再降低。

含纤维量

当油中有纤维存在时，在电场力的作用下，纤维将沿着电场方向极化排列形成杂质“小桥”，使油的击穿电压大大下降。纤维又具有很强的吸附水分的能力，吸湿的纤维对击穿电压的影响更大。

含气量

绝缘油能够吸收和溶解相当数量的气体，其饱和溶解量主要由气体的化学成分、气压、油温等因素决定。温度对油中气体饱和溶解量的影响随气体种类而异，没有统一的规律。气压升高时，各种气体在油中的饱和溶解量都会增加，所以油的脱气处理通常都在高真空下进行。溶解于油中的气体在短时间内对油的性能影响不大，主要只是使油的耐电强度稍有降低。它的主要危害有两个：①当温度、压力等外界条件发生改变时，溶解在油中的气体可能析出，成为自由状态的小气泡，容易导致局部放电，加速油的老化，也会使油的耐电强度有较大的降低；②溶解在油中的氧气经过一定时间会使油逐渐氧化，酸价增大，并加速油的老化。

含碳量

某些电气设备中的绝缘油在运行中常受到电弧的作用。电弧的高温会使绝缘油分解出气体(主要为氢气和烃类气体)、液体(主要为低分子烃类)及固体(主要为碳粒)物质。碳粒对油的耐电强度有两方面的作用：①碳粒本身为导体，它散布在油中，使碳粒附近局部电场增强，从而使油的耐电强度降低；②新生的活性碳粒有很强的吸附水分和气体的能力，从而使油的耐电强度提高。总的来说，细而分散的碳粒对油的耐电强度的影响并不显著，但碳粒(再加吸附了某些水分和杂质)逐渐沉淀到电气设备的固体介质表面，形成油泥，则易造成油中沿固体介质表面的放电，同时也影响散热。

温度

温度对变压器油耐电强度的影响和油的品质、电场均匀度及电压作用时间有关。在较均匀电场及1min 工频电压作用下, 变压器油的击穿电压与温度的关系如图3-19所示。曲线1、2分别代表干燥的油和受潮的油的试验曲线。受潮的油，当温度从0℃逐渐升高时，水分在油中的溶解度逐渐增大，一部分乳化悬浮状态的水分就转化为溶解状态, 使油的耐电强度逐渐增大。当温度超过60~80℃时，部分水分开始汽化，使油的耐电强度降低；当油温稍低于0℃时，呈乳化悬浮状态的水分最多，此时油的耐电强度低；温度再低时水分结成冰粒，冰的介电常数与油相近，对电场畸变的程度减弱，因而油的耐电强度又逐渐增加。对于很干燥的油，就没有这种变化规律，油的耐电强度只是随着温度的升高单调地降低。

在极不均匀电场中，油中的水分和杂质不易形成“小桥”，受潮的油的击穿电压和温度的关系不像均匀电场中那样复杂，只是随着温度的上升，击穿电压略有下绛。不论是均匀电场还是不均匀电场，在冲击电压作用下，即使是品质较差的油，油隙的击穿电压和温度也没有显著关系，只是随着温度的上升，油隙的击穿电压稍有下降，主要是冲击电压作用时间太短，杂质来不及形成“小桥”的缘故。

电压作用时间

电压作用时间对油的耐电强度有很大影响，如图3-20所示。在电压作用时间很短时(小于毫秒级)，击穿电压随时间的变化规律和气体电介质的伏秒特性相似，具有纯电击穿的性质。电压作用时间越长，杂质成“桥”，介质发热越充分，击穿电压越低，属于热击穿。对一般不太脏的油做1min击穿电压和长时间击穿电压的试验结果差不多，故做油耐压试验时只做1min。

电场均匀度

保持油温不变，而改善电场的均匀度，能使优质油的工频击穿电压显著增大，也能大大提高其冲击击穿电压。品质差的油含杂质较多，故改善电场对于提高其工频击穿电压的效果也较差。冲击电压作用下，由于杂质不可能在极短电压作用时间内沿电场方向排列成“小桥”，故改善电场总是能显著提高油隙的冲击击穿电压，然而不论电场均匀与否，油的品质对冲击击穿电压均无显著影响。

压力

不论电场均匀与否，当压力增加时，工程用变压器油的工频击穿电压会随之升高，这个关系在均匀电场中更为显著。其原因是随着压力的增加，气体在油中的溶解度增加，气泡的局部放电起始电压也提高，这两个因素都将使油的击穿电压提高。若除净油中所含气体或在冲击电压作用下，则压力对油隙的击穿电压几乎没有什么影响。这说明油隙的击穿电压随压力的增加而升高的原因在于油中含有气体。总的来说，即使是较均匀电场，油隙的击穿电压随压力的增大而升高的程度远不如气隙。