华北电力大学高电压技术液体电介质的击穿特性

2023/9/21一、液体电介质的击穿理论纯净的液体电介质：电击穿理论；气泡击穿理论。工程用液体电介质：气泡小桥击穿理论；/222023/9/22液体中因强场发射等原因产生的电子，在电场中被加速，与液体分子发生碰撞电离在极不均匀电场中，首先在尖电极附近开始电离，有一个电离开始阶段；然后是流注发展阶段，流注是分级地向另一电极发展，后一级在前一级通道的基础上发展，放电通道会出现分枝，最后流注通道贯通整个间隙，即贯通间隙的阶段与长空气间隙的放电过程很相似1.纯净液体电介质的电击穿理论2023/9/23当外加电场较高时，液体介质内由于各种原因产生气泡1）电子电流加热液体，分解出气体；2）电子碰撞液体分子，使之解离产出气体；3）静电斥力，电极表面吸附的气泡表面积累电荷，当静电斥力大于液体表面张力时，气泡体积变大；4）电极凸起处的电晕引起液体气化。串联介质中，场强的分布与介质的介电常数成反比。气泡

r=1，小于液体的

r

，承担比液体更高的场强，而气体耐电强度却低，因此，气泡先行电离。当电离的气泡在电场中堆积成气体通道，击穿在此通道内发生

/222.纯净液体电介质的气泡击穿理论2023/9/24(a)形成“小桥”(b)未形成“小桥”受潮纤维在电极间定向示意图/223.非纯净液体电介质的小桥击穿理论液体中的杂质在电场力的作用下，在电场方向定向，并逐渐沿电力线方向排列成杂质的“小桥水分及纤维等的电导大，引起泄漏电流增大、发热增多，促使水分汽化、气泡扩大液体电介质最后在气体通道中发生击穿2023/9/25/22二、影响液体电介质击穿电压的因素

耐压试验用标准油杯来检查油的质量平板电极间电场均匀，油中稍有受潮、含杂，击穿电压就明显下降规程规定：对于变压器油，在此油杯中的工频击穿电压要求在25

40kv以上(与设备的额定电压有关)；电缆和电容器的用油，在油杯中的击穿电压常要求在50或60kv以上2023/9/26变压器油的工频击穿电压和含水量的关系/221.杂质（悬浮水、纤维）杂质的存在将极大地降低液体的击穿电压。电场越均匀、电压作用时间越短，杂质的影响越大。微量水分与变压器油的击穿电压关系如图2023/9/272.温度标准油杯中变压器油工频击穿电压与温度的关系1-干燥的油；2-受潮的油/22水分在液体中的存在形式受温度的影响，随着温度的升高，水分从冰逐渐转变为悬浮状态的水滴、溶解状态的水和水蒸气。当水处于溶解状态时，对液体的影响最小。2023/9/283.电压作用时间稍不均匀电场中变压器油的伏秒特性曲线电压作用时间越短，液体的击穿电压越高，因为形成杂质“小桥”需要时间。2023/9/294.电场均匀程度油的纯净程度较高时，改善电场的均匀程度能使工频或直流电压下的击穿电压明显提高。杂质所受的电场力总是指向电场强的区域。液体电介质击穿电压的分散性和电场的均匀程度有关，工频击穿电压的分散性在极不均匀电场中不超过5％，而在均匀电场中可达30

40％。在极不均匀电场中尖端电场产生局部放电，扰动了尖端附近的电场，使得杂质小桥难以形成，从而受杂质的影响减小。2023/9/2105.压力变压器油工频击穿电压与压力的关系/22液体压力的大小决定了液体中气泡中的气压。气压越大其击穿电压越大。因为工程液体介质的击穿是在气泡中发生的，因此液体的击穿电压水压力的增大而增大。2023/9/211三、提高液体电介质击穿电压的方法1.提高以及保持油的品质采用过滤等手段消除液体中的杂质，并且防止液体与空气接触从空气中吸收水分。该方法能够避免形成杂质“小桥”，从而达到提高击穿电压的目的。2.复盖层在金属表面紧贴一层固体绝缘薄层，使“小桥”不能直接接触电极，从而在很大程度上减小了泄漏电流，阻断了“小桥”热击穿的发展。适用于油本身品质较差，电场较均匀、电压作用时间较长的情况。在变压器中常利用较薄的绝缘纸包裹高压引线和绕组导线。2023/9/2123.绝缘层在金属电极表面紧贴较厚的固体绝缘层。因该固体的介电常数大于液体介质，从而减小了电极附近的电场强度，防止电极附近局部放电的发生；适用于不均匀电场。在变压器中常在高压引线和屏蔽环包裹较厚的绝缘层。4.屏障是放置在电极间油隙中的固体绝缘板。它能机械地阻隔杂质“小桥”成串，而且能够在不均匀电场中起到聚集空间电荷、改善电场分布的作用。适用于均匀电场和不均匀电场中电压作用时间较长的情况。对于作用时间很短的冲击电压，则通过阻挡光