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1、会计学1液体电介质的击穿特性液体电介质的击穿特性2023/5/22一、液体电介质的击穿理论一、液体电介质的击穿理论一、液体电介质的击穿理论一、液体电介质的击穿理论纯净的液体电介质：纯净的液体电介质：纯净的液体电介质：纯净的液体电介质：电击穿理论；电击穿理论；电击穿理论；电击穿理论；气泡击穿理论。气泡击穿理论。气泡击穿理论。气泡击穿理论。工程用液体电介质：气泡小桥击穿理论；工程用液体电介质：气泡小桥击穿理论；工程用液体电介质：气泡小桥击穿理论；工程用液体电介质：气泡小桥击穿理论；/22第1页/共14页2023/5/23n n液体中因强场发射等原因产生的电子，在电场中被加速，液体中因强场发射等原因
2、产生的电子，在电场中被加速，液体中因强场发射等原因产生的电子，在电场中被加速，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与液体分子发生碰撞电离与液体分子发生碰撞电离与液体分子发生碰撞电离n n在极不均匀电场中，首先在尖电极附近开始电离，有一在极不均匀电场中，首先在尖电极附近开始电离，有一在极不均匀电场中，首先在尖电极附近开始电离，有一在极不均匀电场中，首先在尖电极附近开始电离，有一个电离开始阶段；个电离开始阶段；个电离开始阶段；个电离开始阶段；n n然后是流注发展阶段，流注是分级地向另一电极发展，然后是流注发展阶段，流注是分级地向另一电极发展，然后是流注发展阶段，
3、流注是分级地向另一电极发展，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，放电通道会出现分后一级在前一级通道的基础上发展，放电通道会出现分后一级在前一级通道的基础上发展，放电通道会出现分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，即贯通间隙的阶段枝，最后流注通道贯通整个间隙，即贯通间隙的阶段枝，最后流注通道贯通整个间隙，即贯通间隙的阶段枝，最后流注通道贯通整个间隙，即贯通间隙的阶段n n与长空气间隙的放电过程很相似与长空气间隙的放电过程很相似与长空气间隙的放电过程很相似与长空气间隙的放电过程很相似 1.1.纯净液体电介质的电击
4、穿理论纯净液体电介质的电击穿理论纯净液体电介质的电击穿理论纯净液体电介质的电击穿理论第2页/共14页2023/5/24当当外外加加电电场场较较高高时时，液液体体介介质质内内由由于于各各种种原原因因产产生生气气泡泡1 1）电子电流加热液体，分解出气体；）电子电流加热液体，分解出气体；2 2）电子碰撞液体分子，使之解离产出气体；）电子碰撞液体分子，使之解离产出气体；3 3）静静电电斥斥力力，电电极极表表面面吸吸附附的的气气泡泡表表面面积积累累电电荷荷，当当静电斥力大于液体表面张力时，气泡体积变大；静电斥力大于液体表面张力时，气泡体积变大；4 4）电极凸起处的电晕引起液体气化。）电极凸起处的电晕引起
5、液体气化。串串联联介介质质中中，场场强强的的分分布布与与介介质质的的介介电电常常数数成成反反比比。气气泡泡 r r=1=1，小小于于液液体体的的 r r ，承承担担比比液液体体更更高高的的场场强强，而而气气体体耐耐电电强强度度却却低低，因因此此，气气泡泡先先行行电电离离。当当电电离离的的气气泡泡在在电电场场中堆积成气体通道，击穿在此通道内发生中堆积成气体通道，击穿在此通道内发生 /222.2.纯净液体电介质的气泡击穿理论纯净液体电介质的气泡击穿理论纯净液体电介质的气泡击穿理论纯净液体电介质的气泡击穿理论第3页/共14页2023/5/25(a)(a)(a)(a)形成形成形成形成“小桥小桥小桥小桥
6、”(b)(b)(b)(b)未形成未形成未形成未形成“小桥小桥小桥小桥”受潮纤维在电极间定向示意图受潮纤维在电极间定向示意图受潮纤维在电极间定向示意图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n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n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n液体电介质最后在气体通道中发生击穿 第4页/共14页2023/5/26/22二、影响液体电介质击穿电压的因素 n n耐压试验耐压试验耐压试验耐压试验用用用用标标标标准准准准油油油油杯杯杯杯来来来来检检检检查查查查油油油油的的
7、的的质量质量质量质量平平平平板板板板电电电电极极极极间间间间电电电电场场场场均均均均匀匀匀匀，油油油油中中中中稍稍稍稍有有有有受受受受潮潮潮潮、含含含含杂杂杂杂，击击击击穿穿穿穿电电电电压就明显下降压就明显下降压就明显下降压就明显下降规规规规程程程程规规规规定定定定：对对对对于于于于变变变变压压压压器器器器油油油油，在在在在此此此此油油油油杯杯杯杯中中中中的的的的工工工工频频频频击击击击穿穿穿穿电电电电压压压压要要要要求求求求在在在在2525 40kv40kv以以以以上上上上(与与与与设设设设备备备备的的的的额额额额定定定定电电电电压压压压有有有有关关关关)；电电电电缆缆缆缆和和和和电电电电容
8、容容容器器器器的的的的用用用用油油油油，在在在在油油油油杯杯杯杯中中中中的的的的击击击击穿穿穿穿电电电电压常要求在压常要求在压常要求在压常要求在5050或或或或 60kv60kv以上以上以上以上 第5页/共14页2023/5/27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第6页/共14页2023/5/282.2.2.2.温度温度温度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
9、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。第7页/共14页2023/5/293.3.电压作用时间电压作用时间电压作用时间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。第8页/共14页2023/5/2104.4.电场均匀程度电场均匀程度电场均匀程度电场均匀程度n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。n杂质所受的电场力总是指向电场强的区域。n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
10、超过5，而在均匀电场中可达3040。n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。第9页/共14页2023/5/2115.5.压力压力压力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。第10页/共14页2023/5/212三、提高液体电介质击穿电压的方法三、提高液体电介质击穿电压的方法三、提高液体电介质击穿电压的方法三、提高液体电介质击穿电压的方法1.1.1.1.提高以及保持油的品质提高以及保持油
11、的品质提高以及保持油的品质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从空气中吸收水分。该方法能够避免形成杂质从空气中吸收水分。该方法能够避免形成杂质从空气中吸收水分。该方法能够避免形成杂质“小桥小桥小桥小桥”，从而达到提高，从而达到提高，从而达到提高，从而达到提高击穿电压的目的。击穿电压的目的。击穿电压的目的。击穿电压的目的。2.2.2.2.复盖层复盖层复盖层复盖
12、层在金属表面紧贴一层固体绝缘薄层，使在金属表面紧贴一层固体绝缘薄层，使在金属表面紧贴一层固体绝缘薄层，使在金属表面紧贴一层固体绝缘薄层，使“小桥小桥小桥小桥”不能直接接触不能直接接触不能直接接触不能直接接触电极，从而在很大程度上减小了泄漏电流，阻断了电极，从而在很大程度上减小了泄漏电流，阻断了电极，从而在很大程度上减小了泄漏电流，阻断了电极，从而在很大程度上减小了泄漏电流，阻断了“小桥小桥小桥小桥”热击穿的发热击穿的发热击穿的发热击穿的发展。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。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。展。适用于油本身品质较差，电场较均
13、匀、电压作用时间较长的情况。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。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。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。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。第11页/共14页2023/5/2133.3.3.3.绝缘层绝缘层绝缘层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
14、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。厚的绝缘层。厚的绝缘层。厚的绝缘层。4.4.4.4.屏障屏障屏障屏障是放置在电极间油隙中的固
15、体绝缘板。它能机械地阻隔杂质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“小小小小桥桥桥桥”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。对的作用。适用于均匀电场和不均匀电场中电压
16、作用时间较长的情况。对的作用。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，则通过阻挡光子的传播来阻碍流注的发展，于作用时间很短的冲击电压，则通过阻挡光子的传播来阻碍流注的发展，于作用时间很短的冲击电压，则通过阻挡光子的传播来阻碍流注的发展，于作用时间很短的冲击电压，则通过阻挡光子的传播来阻碍流注的发展，提高冲击击穿电压。在变压器中常利用绝缘板做成圆筒、圆环等形状，提高冲击击穿电压。在变压器中常利用绝缘板做成圆筒、圆环等形状，提高冲击击穿电压。在变压器中常利用绝缘板做成圆筒、圆环等形状，提高冲击击穿电压。在变压器中常利用绝缘板做成圆筒、圆环等形状，放置在铁芯与绕组、低压绕组与高压绕组之间，并且常放置多个，将油放置在铁芯与绕组、低压绕组与高压绕组之间，并且常放置多个，将油放置在铁芯与绕组、低压绕组与高压绕组之间，并且常放置多个，将油放置在铁芯与绕组、低压绕组与高压绕组之间，并且常放置多个，将油隙分成几个小油隙。隙分成几个小油隙。隙分成几个小油隙。隙分成几个小油隙。第12页/共14页2023/5/214谢谢!Q&A第13页/共14页