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， 表明绝缘油抵抗电场的能力。 击穿电压 U (kV) 和绝缘强度 E (kV/cm)的关系为 E=U/d (2-26) 式中 d-电极间距离 (cm)。 纯净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 了电子崩。电子崩向阳极发展，而积累的正电荷则

2、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 =7，水的 =80，而变压器油的 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，则还 能构成贯通电极间隙的“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。 面分别分析影响绝缘油击穿电压的各主要因素。 （1）测量绝缘油击穿强度时采用的电极

3、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Fe黄铜 PbCuAlAuZnA，g即采用铁电极测得值最低， 而采用银电极的测 得值最高。若按金属的导热性排序，则可得到排列顺序为PbFe黄 铜 ZnAlAuCuA。g 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， 因为紫铜容易在表面上 生成一层氧化膜；而在变压器中实际采用的材料却是纯铜（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 2-24 所示

4、。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%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。 表 2-24 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。 研究表明，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，所以几乎看 不出油质污染对绝缘强度的影响。 圆盘电极边缘若不是圆弧而是存在尖锐的棱角， 则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

5、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 1mm 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 2-43 和图 2-44 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 次击穿后所产生的残炭要有足够自净时间， 不致影响同一油样后来的 击穿电压测量。 (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 2-25 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

6、逐渐减弱。 表 2-25 频率对油绝缘强度的影响 随着施加电压的速度减缓， 由于在电极之间的空间内吸引了大量 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/T 507-2002绝缘油击穿电压测定法中对此有明确规定。 (3) 油的绝缘强度和温度的关系取决于油的纯净程度。 充分干燥并 脱气的油，在 20120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， 则油的绝缘强度随温度的升高而增加， 并在 60 80达到最大值。当温度继续升高时，油绝缘强度有所降低，如图 2-45所示。对此的解释是： 随着温度

7、升高， 油中水分因蒸发而减少会 全部或部分由悬浮态转变为溶解态， 故绝缘强度增高。 当达到最大值 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 干燥的油； 2-油+0. 01%水分(加热过程中测得的曲线) ； 3-油 +0.01%水分（在冷却过程中测得的曲线） ； 4-油 +0.05%水分（加热过 程中测得的曲线）；5-油+0.1%水分（在加热过程中测得的曲线） 图 2-45 油的绝缘强度与温度的关系 （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

8、小得多。 油中水分对绝缘强 度的影响如图 2-46 所示。 图 2-46 在标准油杯中变压器油的工频击穿电压 Ub 和含水量的关系 （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 2-47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 2-48 所示 图 2-47 空气湿度为 98%时几种受潮油绝缘强度与受潮时间的关系 图 2-48 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-纯油； 2-含 1. 76mg炭； 3-含 0.21mg纤维； 4-含 1.12mg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 2-26 所示的规律。 表 2-26 极性物质对油的电导率和绝缘强度的影响 (6) 溶解气体对绝缘强度有很大影响， 如表 2-27 所