变压器油的击穿电压

1、变压器油的击穿电压将电压施加于绝缘油时，随着电压增加，通过油的电流剧增，使 之完全丧失所固有的绝缘性能而变成导体， 这种现象称为绝缘油的击 穿。绝缘油发生击穿时的临界电压值，称为击穿电压，此时的电场强 度，称为油的绝缘强度，说明绝缘油抵抗电场的能力。击穿电压 U U (kV)(kV) 和绝缘强度 E E(kV/cm(kV/cm 的关系为E=U/dE=U/d (2-26)(2-26)式中 d-d-电极间距离(cm)(cm)。纯洁绝缘油与通常含有杂质的绝缘油具有不同的击穿机理。前者的击穿是由于游离所引起，可用气体电介质击穿的机理来解 释，即在高电场强度下， 油分子碰撞游离成正离子和电子， 进而形成

2、 了电子崩。电子崩向阳极开展，而积累的正电荷那么聚集在阴极附近，最后形成一个具有高电导的通道，导致绝缘油的击穿。通常绝缘油总是或多或少含有杂质， 在这种情况下，杂质是造成 绝缘油击穿的主要原因。油中水滴、纤维和其他机械杂质的介电系数比油的要大得多(纤维的 8 8 =7,=7,水的 8 8 =80,=80,而变压器油的*2.3),*2.3), 因此在电场作用下，杂质将被吸引到电场强度较大的区域， 在电极间 构成杂质“小桥，从而使油的击穿强度降低。如杂质足够多，那么还 能构成贯穿电极间隙的“小桥，流过较大的泄漏电流，使之强烈发 热，并使油和水局部沸腾和气化，结果击穿就沿此“气桥而发生。下面分别分析

3、影响绝缘油击穿电压的各主要因素。(1)(1)测量绝缘油击穿强度时采用的电极材料、 电极形状和电极面积 对油的绝缘强度有影响。根据试验数据得知，在同样的试验条件下， 不同电极材料测量的同种油样绝缘强度的排列顺序为FeFe 灌铜PbCuAlAuZnAgPbCuAlAuZnAg 即采用铁电极测得值最低，而采用银电极的测 得值最高。假设按金属的导热性排序，那么可得到排列顺序为PbFePbFe 耋铜ZnAlAuCuAgZnAlAuCuAg 可以看出，除个别例外，大体上绝缘强度是随 电极金属导热性增加而提高的。通常是用黄铜而不是用紫铜来制造电极， 因为紫铜容易在外表上 生成一层氧化膜；而在变压器中实际采用

4、的材料却是纯铜(紫铜)，而不是黄铜(铜锌合金)。研究这两种材料制造的标准电极测得的变 压器油绝缘强度如表 2-242-24 所示。可以看出，纯铜电极的测得值比黄 铜电极的测得值高，二者相差不超过 10%10%15%15%。因此可以说，采用 黄铜电极比用纯铜电极的试验条件更严格。油种垫嫁强度E(kV/cm)幌隔电板费阵受压爵油152补充情割的变压寤油20014表 2-242-24电极材料对油绝缘强度的影响此外，电极形状、电极尺寸、电极之间的距离以及油杯的形状和 容量都对击穿电压有影响。研究说明，球形电极对油质最敏感；其次是平板式电极；而一种 所谓“台阶式塔形电极，由于建立起的电场极不均匀，所以几

5、乎看 不出油质污染对绝缘强度的影响。圆盘电极边缘假设不是圆弧而是存在锋利的棱角，那么对绝缘强度有很大影响，这是由于油中极性杂质将被 吸引到这些局部高场强的地方，从而减轻了油的不均匀性。因此，电 极边缘有棱角时，受潮油的绝缘强度总是比均匀电场时偏高。当电极之间的距离足够小时，油的绝缘强度随电极面积的增加而 减小，但是当电极间距离大于 1mm1mm 时，这种依赖关系就不存在了。电极间距离对油绝缘强度的影响如图 2-432-43 和图 2-442-44 所示。电极间距 离、电极形状和尺寸的影响实际上是电场均匀性的影响， 因此电极和 油杯的设计要保证电场的均匀性和油中杂质的均匀分布， 而在油第一 次击

6、穿后所产生的残炭要有足够白净时间， 不致影响同一油样后来的 击穿电压测量。L-频率50H町2-频率 1000HZ(2)(2)施加电压的频率和加压速度都对油的绝缘强度有影响。表 2-252-25 列出了频率对油绝缘强度的影响。 随着油纯度的提高，其绝缘强度和 频率之间的依赖关系逐渐减弱。谖率(Hi)E F (kV cm)油 1油025015025340225例50碰408&0_表 2-252-25频率对油绝缘强度的影响图 2-44 电极间距离(h)不同时油的绝缘强度与电极直径的关系。wwMaitAty-=40204(6080嗯概真植(mm)随着施加电压的速度减缓，由于在电极之间的空间内吸

7、引了大量 的低沸点杂质，所以油的绝缘强度会有所降低。各国采用的电极形式、 尺寸和电极间距离有所不同， 规定的升压速度也有区别。 在我国 GB/TGB/T 507-2002507-2002绝缘油击穿电压测定法?中对此有明确规定。(3)(3)油 的 绝 缘 强度和温度的关系取决于油的纯洁程度。充分枯燥并脱气的油，在 2020120C120C 温度范围内，油的绝缘强度几乎没有变化。 当油中含有水分时，那么油的绝缘强度随温度的升高而增加， 并在 6060 8080C C到达最大值。当温度继续升高时，油绝缘强度有所降低，如图 2-452-45 所示。对此的解释是：随着温度升高，油中水分因蒸发而减少会 全

8、部或局部由悬浮态转变为溶解态， 故绝缘强度增高。当到达最大值 后继续升高温度，油中水分和油的轻质成分气化形成气泡使绝缘强度 降低。1 1 枯燥的油；2 2-油+0.+0. 0101 咻分(加热过程中测得的曲线)；3 3-油+0.01%+0.01%水分在冷却过程中测得的曲线；4 4-油+0.05%+0.05%水分加热过 程中测得的曲线；5 5-油+0.1%+0.1%水分在加热过程中测得的曲线图 2-452-45油的绝缘强度与温度的关系4 4 水分对油的绝缘强度有重要影响。 油是否易受潮与其化学成分 和油中极性杂质的存在有关。使油绝缘强度降低的主要原因是悬浊态 水，分子溶解态水对油绝缘强度的影响要

9、小得多。油中水分对绝缘强度的影响如图 2-462-46 所示。图 2-462-46 在标准油杯中变压器油的工频击穿电压 UbUb 和含水量的关系5 5机械杂质纤维等和极性杂质对油绝缘强度存在影响。由图2-472-47 可知，各种油的绝缘强度随着受潮时间的延长而降低是很明显的。纤维在吸潮后更容易在高场强下形成“小桥，导致绝缘强度降低。颗粒含量对油绝缘强度及含水量关系的影响，如图2-482-48 所示。_ I_0E120 04含水量的图 2-472-47 空气湿度为 98%98%时几种受潮油绝缘强度与受潮时间的关系图 2-482-48 油的绝缘强度击穿电压Uh与含水量和悬浮颗粒含量的关系1-1-纯

10、油；2 2-含 1.1. 76mg76mg 炭；3 3-含 0.21mg0.21mg 纤维；4 4-含 1.12mg1.12mg 纤维极性物质对油的电导率和绝缘强度的影响取决于它们在油中的 存在状态，大致具有如表 2-262-26 所示的规律。土一窒蜒部要世潮时*11J!5研究的械性第质在湎中龄响电导率雄陵洞i偏涕点匕脸、甲醇和乙醇等爵堂8贸易AsaE 砚MtffiK布林KS袖瓦软鹰鼠欢其他破,膏心1不娜 a高演点物质园类.海市胶.可再于油淀翳等，- -不够响表 2-262-26极性物质对油的电导率和绝缘强度的影响6 6溶解气体对绝缘强度有很大影响， 如表 2-272-27 所示。湿度不同的空 气对油绝缘强度的影响如表 2-282-28 所示。未经深度脱气的绝缘油通常 含有气泡，它会显著降低油的绝缘强度