重慶電力高等專科學(xué)校劉赟副教授高電壓技術(shù)1.3液體絕緣材料及其擊穿特性重慶電力高等?？茖W(xué)校學(xué)習(xí)情境一絕緣介質(zhì)電氣性能及擊穿過程子情境1.1絕緣材料的電氣性能子情境1.2氣體絕緣材料及其擊穿特性子情境1.3液體絕緣材料及其擊穿特性子情境1.4固體絕緣材料及其擊穿特性1.3液體絕緣材料及其擊穿特性重慶電力高等?？茖W(xué)校1.3.2液體電介質(zhì)的擊穿子情境1.3液體絕緣材料及其擊穿特性1.3.1變壓器油液體絕緣材料液體電介質(zhì)又稱絕緣油，在常溫下為液態(tài)，在電氣設(shè)備中起絕緣、傳熱、浸漬及填充作用，主要用在變壓器、斷路器、電容器和電纜等油浸式的電氣設(shè)備中。在斷路器和電容器中的絕緣油還分別有滅弧和儲(chǔ)能作用。液體電介質(zhì)與氣體電介質(zhì)一樣有流動(dòng)性，擊穿后有自愈性，但電氣強(qiáng)度比氣體的高。因此用液體電介質(zhì)代替氣體電介質(zhì)制造的高壓電氣設(shè)備體積小，節(jié)省材料；但液體電介質(zhì)大多可燃，易氧化變質(zhì)，產(chǎn)生水分、氣體、酸、油泥等，導(dǎo)致電氣性能變壞。絕緣油分類1、礦物油。礦物油是從石油中提煉精制的液體絕緣材料。石油的主要成分是烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴，這些組分的電氣性能和老化穩(wěn)定性優(yōu)良。應(yīng)用最廣泛的礦物油就是變壓器油。2、合成油。由人工合成的液體絕緣材料。由于礦物絕緣油是多種碳?xì)浠衔锏幕旌衔?，難以除凈降低絕緣性能的組分，且制取工藝復(fù)雜，易燃燒，耐熱性低，因而人們研究、開發(fā)了多種性能優(yōu)良的合成油。如有機(jī)硅油和十二烷基苯等。1.3.2液體電介質(zhì)的擊穿重慶電力高等專科學(xué)?！緦W(xué)習(xí)任務(wù)】了解液體電介質(zhì)的擊穿機(jī)理，了解影響液體電介質(zhì)擊穿電壓的因素，能正確運(yùn)用提高液體電介質(zhì)擊穿電壓的方法。1.3液體絕緣材料及其擊穿特性1.3.2液體電介質(zhì)的擊穿液體電介質(zhì)不僅具有較高的電氣強(qiáng)度，而且它的流動(dòng)性使其還具有散熱和滅弧作用，特別是它和固體電介質(zhì)一道使用時(shí)，可以填充固體介質(zhì)的空隙，從而大大提高了絕緣的局部放電起始電壓和絕緣的電氣強(qiáng)度?，F(xiàn)廣泛使用的從石油提煉出的礦物油變壓器油電纜油電容器油變壓器斷路器套管作絕緣介質(zhì)滅弧介質(zhì)冷卻劑其次有蓖麻油、人工合成的氯化聯(lián)苯、十二烷基苯等電擊穿

氣泡擊穿

純凈液體的電氣強(qiáng)度很高，其擊穿機(jī)理主要是以下兩種：1.3.2液體電介質(zhì)的擊穿一、液體電介質(zhì)的擊穿機(jī)理純凈的液體電介質(zhì)中總會(huì)存在一些離子，它們或由液體分子受自然界中射線的電離作用而產(chǎn)生，或由液體中微量雜質(zhì)受電場的解離作用而產(chǎn)生。當(dāng)電場強(qiáng)度超過1MV/cm時(shí)，液體電介質(zhì)中的自由電子，在電場作用下運(yùn)動(dòng)、加速、積累能量、碰撞液體分子，而且以一定的概率使液體電介質(zhì)的分子游離。因碰撞游離而產(chǎn)生的正離子移動(dòng)至陰極附近，增強(qiáng)了陰極表面的場強(qiáng)，促使陰極發(fā)射的電子數(shù)增多。這樣，電流急劇增加，液體電介質(zhì)失去絕緣能力，發(fā)生擊穿。純凈液體電擊穿：純凈液體介質(zhì)的電擊穿理論與氣體放電的湯遜理論有些相似。但純凈液體的擊穿場強(qiáng)要比氣體介質(zhì)高得多（約高一至二個(gè)數(shù)量級(jí)）。一、液體電介質(zhì)的擊穿機(jī)理工程上用的液體介質(zhì)總是不純凈的，在運(yùn)行中不可避免地會(huì)吸收氣體和水分，混入雜質(zhì).例如固體絕緣材料（紙、布）上脫落的纖維，液體本身也會(huì)老化、分解，所以工程用液體電介質(zhì)總含有一些雜質(zhì)。非純凈液體氣泡擊穿（小橋理論）一、液體電介質(zhì)的擊穿機(jī)理極性分子水分纖維被游離的氣體在E作用下在電極間逐漸排列成小橋?qū)㈤g隙接通泄漏電流發(fā)熱水分汽化形成氣泡氣泡游離氣泡小橋從而導(dǎo)致油間隙的擊穿雜質(zhì)“小橋”形成帶有統(tǒng)計(jì)性，因而工程液體電介質(zhì)的擊穿電壓有較大的分散性。小橋理論液體電介質(zhì)通常用標(biāo)準(zhǔn)試油杯按標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測得的工頻擊穿電壓來衡量其品質(zhì)的優(yōu)劣。對(duì)變壓器油，其標(biāo)準(zhǔn)油杯中的擊穿電壓一般為Ub＞25kV～40kV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Ub＞50kV～60kV平板電極間的2.5mm間隙1.3.2液體電介質(zhì)的擊穿懸浮水溶解水20400.020.040含水量（%）Ub（有效值kV)二、影響液體電介質(zhì)擊穿電壓的因素1、雜質(zhì)（懸浮水、纖維）若氣體和水分溶于液體介質(zhì)，則對(duì)Ub影響不大；若水分呈懸浮狀態(tài)則將形成小橋，使Ub明顯下降；

含水繼續(xù)增多僅增加幾條擊穿并聯(lián)通道，Ub不再下降；當(dāng)有纖維存在時(shí)，水分影響特別明顯。電場越均勻，雜質(zhì)對(duì)擊穿電壓影響越大.不均勻電場因強(qiáng)場處擾動(dòng)大，雜質(zhì)不易形成“小橋”，故含水量對(duì)擊穿電壓的影響??；沖擊擊穿電壓因作用時(shí)間太短，雜質(zhì)來不及形成“小橋”，故含水量對(duì)擊穿電壓的影響也小。影響液體電介質(zhì)擊穿電壓的因素1、雜質(zhì)（懸浮水、纖維）在0～60℃時(shí)，t↑→Ub↑(油中懸浮水分溶解)溫度更高>80℃，t↑→Ub↓(油中水分汽化增多)變壓器運(yùn)行中油面溫度不能超過85度。影響液體電介質(zhì)擊穿電壓的因素2、溫度溫度對(duì)干燥的油的擊穿電壓影響很小電場越均勻，水分等雜質(zhì)越易形成“小橋”，雜質(zhì)對(duì)油在工頻電壓作用下的擊穿電壓的影響越大。在電場極不均勻的情況下，由于高場強(qiáng)區(qū)局部放電現(xiàn)象，造成油的擾動(dòng)，妨礙了貫通性“小橋”的形成，雜質(zhì)對(duì)其擊穿電壓影響很小。因此，如油的純凈度較高，采用改善電場均勻程度的方法可明顯提高油的工頻或直流擊穿電壓；如油的純凈度較低，則改善電場的均勻程度不會(huì)顯著提高油的工頻或直流擊穿電壓。在沖擊電壓作用下，因“小橋”來不及形成，無論電場均勻與否，雜質(zhì)對(duì)擊穿電壓的影響都很小，故改善電場的均勻程度可提高油的沖擊擊穿電壓。影響液體電介質(zhì)擊穿電壓的因素3、電場的均勻度油的擊穿電壓與電壓作用時(shí)間有關(guān)。由于油的擊穿需要一定的時(shí)間，所以油間隙擊穿電壓會(huì)隨所加電壓作用時(shí)間的增加而下降。當(dāng)電壓作用時(shí)間較長時(shí)，油中雜質(zhì)有足夠的時(shí)間在間隙中形成“小橋”，擊穿電壓下降。對(duì)一般不太臟的油做一分鐘擊穿電壓和長時(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)，只做一分鐘。影響液體電介質(zhì)擊穿電壓的因素4、電壓作用時(shí)間油中含有氣體時(shí)，不論電場是否均勻，其工頻擊穿電壓都隨油的壓力增大而提高。這是由于壓力增大時(shí)，氣體在油中的溶解量增大，并且氣泡的局部放電起始電壓也增高之故。電場越均勻，這種關(guān)系也越顯著。由于油中氣泡等雜質(zhì)不影響沖擊擊穿電壓，故油壓大小也不影響沖擊擊穿電壓。影響液體電介質(zhì)擊穿電壓的因素5、壓力

過濾三、提高液體電介質(zhì)擊穿電壓的方法用濾紙吸附變壓器油中的纖維，有機(jī)酸等雜質(zhì)。濾油機(jī)1．提高以及保持油的品質(zhì)

防潮

充油的電氣設(shè)備在制造、檢修及運(yùn)行過程中都必須注意防止水分侵入。浸油前要采用烘干、抽真空等方法去除絕緣部件中的水分;檢修時(shí)盡量減少內(nèi)絕緣暴露在空氣中的時(shí)間。有些電氣設(shè)備如變壓器不可能全密封時(shí)，則可在呼吸器的空氣入口處放置干燥劑，以防止潮氣進(jìn)入。1．提高以及保持油的品質(zhì)真空濾油機(jī)

祛氣1．提高以及保持油的品質(zhì)先將油加熱，加熱后的油液首先通過真空罐內(nèi)的脫氣元件噴射到真空罐內(nèi)，在真空中噴成霧狀，利用真空環(huán)境下水的沸點(diǎn)降低，變成氣態(tài)，而油在真空中仍然為液態(tài)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)油和水的自然分離（脫水）。包絕緣層包覆蓋層屏障在絕緣結(jié)構(gòu)上采用覆蓋絕緣層極間障雜質(zhì)的影響三、提高液體電介質(zhì)擊穿電壓的方法2、采用固體電介質(zhì)降低雜質(zhì)的影響在曲率半徑小的電極上覆蓋薄的(<1mm)的電纜紙黃蠟布涂漆膜在較均勻的電場中Ub可70－100％在不均勻的電場中Ub可10－15％因此，在充油設(shè)備中很少采用裸導(dǎo)體作用：限制泄漏電流、阻止小橋的形成和發(fā)展Ub∽分散性(1)覆蓋層：2、采用固體電介質(zhì)降低雜質(zhì)的影響作用：阻止雜質(zhì)小橋的形成和發(fā)展Ub∽Ub沖在不均勻電場中曲率半徑小的電極上包裹較厚的(幾mm)的電纜紙等固體絕緣層(2)絕緣層：2、采用固體電介質(zhì)降低雜質(zhì)的影響承擔(dān)一定的電壓使電極附近油中的最大E在油中采用厚度2－7mm的紙、膠紙、膠布等壓板或圓筒、圓管作用：機(jī)械地阻止雜質(zhì)小橋的形成和發(fā)展改善電場分布在均勻電場中，有阻止小橋形成和發(fā)展的作用但僅能在高壓變壓器、油斷路器中還常常采用多個(gè)極間障以得到更好的效果但注意障間距離要>6mm以利于油的循環(huán)冷卻20％(3)極間障：也稱隔板、