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文档简介
2019/6/8,1,第6讲 液体电介质的击穿,李 卫 国 高电压与电磁兼容研究所 +60105052,2019/6/8,2,一、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;,/22,2019/6/8,3,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,2019/6/8,4,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,/22,2. 纯净液体电介质的气泡击穿理论,2019/6/8,5,(a) 形成“小桥” (b) 未形成“小桥” 受潮纤维在电极间定向示意图,/22,3. 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,2019/6/8,6,/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2540kv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,2019/6/8,7,变压器油的工频击穿电压和含水量的关系,/22,1. 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,2019/6/8,8,2. 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。,2019/6/8,9,3. 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。,2019/6/8,10,4. 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3040。 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。,2019/6/8,11,5.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。,2019/6/8,12,三、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。,2019/6/8,13,3. 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,则通过阻挡光子的
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