絕緣油等液體的擊穿電壓機(jī)理

用于高壓電氣設(shè)備中的液體電介質(zhì)除了用作絕緣之外，還起冷卻(如在油浸式電力變壓器中)以及滅弧(如在油斷路器中)作用。日前常用的液體電介質(zhì)主要是從石油中提煉出來(lái)的碳?xì)浠衔锏牡V物油，除了這些礦物油之外還有蓖麻油、人工合成的硅油、十二烷基苯等，但它們不如礦物油應(yīng)用廣泛。根據(jù)用途不同，這些液體電介質(zhì)分別稱(chēng)為變壓器油、電容器油和電纜油，下面以變壓器油為例討論液體電介質(zhì)的擊穿。

一、變壓器油的擊穿機(jī)理

純凈液體電介質(zhì)的擊穿過(guò)程與氣體擊穿過(guò)程很相似，也是由液體中帶電質(zhì)點(diǎn)的碰撞游離導(dǎo)致擊穿，但擊穿場(chǎng)強(qiáng)要高得多(可達(dá)1MV/cm)，然而討論這種純凈液體電介質(zhì)的擊穿并無(wú)實(shí)際意義。

工程實(shí)際中使用的液體電介質(zhì)不可能是純凈的，在液體電介質(zhì)的生產(chǎn)、運(yùn)行中不可避免要混入雜質(zhì)。這些雜質(zhì)主要是氣體、水分和纖維。正由于雜質(zhì)的存在，液體電介質(zhì)的擊穿過(guò)程與純凈液體電介質(zhì)(或氣體介質(zhì))是不同的，擊穿場(chǎng)強(qiáng)也不同[如變壓器油擊穿場(chǎng)強(qiáng)一般為120～250kV(幅值) /cm]。

對(duì)于工程上所使用的含有雜質(zhì)液體電介質(zhì)的擊穿過(guò)程可用“小橋"理論來(lái)解釋。液體電介質(zhì)中的水分和纖維的介電系數(shù)很大(分別為81和6~7)，它們?cè)陔妶?chǎng)作用下很容易極化，受電場(chǎng)力吸引且被拉長(zhǎng)，并且逐漸沿電場(chǎng)方向頭尾相連排列成“小橋"。如果此“小橋"貫穿電極，則由于組成此“小橋"的水分和纖維的電導(dǎo)較大，使流過(guò)“小橋"的泄漏電流增大，發(fā)熱增加，使水分汽化和小橋周?chē)挠头纸饣驓饣葱纬蓺馀荨＿@種氣泡也可以是液體電介質(zhì)中原先存在的(即氣體雜質(zhì)所形成)。由于氣泡中的電場(chǎng)強(qiáng)度要比油中高得多(與介電系數(shù)成反比)，而氣泡中氣體的擊穿強(qiáng)度又比油低得多，所以一旦氣泡在電場(chǎng)作用下排列連成貫通兩電極的“小橋"，擊穿就在此“氣泡"通道中發(fā)生。換句話(huà)說(shuō)，一旦油中形成氣泡“小橋"，就發(fā)生擊穿。油中的水分和纖維形成“小橋"。并不馬上擊穿，而仍要等到發(fā)展成氣泡“小橋"才擊穿，所以“小橋"理論也稱(chēng)為“氣泡"擊穿理論。