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1、高电压技术,液体的绝缘性能,教学目标,了解影响液体电介质击穿电压的因素； 理解液体电介质击穿的机理； 掌握提高液体电介质击穿电压的方法。,教学重点,工程液体介质的小桥击穿机理、各种影响因素及提高液体介质击穿电压的方法。,教学难点,小桥击穿机理及提高液体介质击穿电压的方法,击穿,一旦作用于固体和液体介质的电场强度增大到一定程度时，在介质中出现的电气现象就不再限于前面介绍的极化、电导和介质损耗了。与气体介质相似，液体和固体介质在强电场(高电压)的作用下，也会出现由介质转变为导体的击穿过程。 液体介质主要有天然的矿物油和人工合成油及蓖麻油等植物油。工程中使用的油含有水分、气体、固体微粒和纤维等杂质，
2、它们对液体介质的击穿有很大的影响。,纯净液体电介质的电击穿理论 （电子碰撞电离理论）,在外电场足够强时，液体中因强场发射等原因产生的电子，在电场中被加速，电子碰撞液体分子可引起碰撞电离，使电子数倍增，形成电子崩。同时正离子在阴极附近形成空间电荷层增强了阴极附近的电场，使阴极发射的电子数增多，导致液体介质击穿。,纯净液体电介质的电击穿理论 （电子碰撞电离理论）,纯净液体介质的击穿理论与气体放电汤逊理论中的 、 作用有些相似。但液体密度比气体密度大得多，电子的平均自由行程很小，必须大大提高场强才开始碰撞电离。,纯净液体电介质的气泡击穿理论,当外加电场较高时，液体介质内会由于各种原因产生气泡： 电子
3、电流加热液体，分解出气体； 电子碰撞液体分子，使之解离产出气体； 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；,纯净液体电介质的气泡击穿理论,液体中出现气泡，在交流电压下，串联介质中电场强度的分布与介质的r 成反比。由于气泡的r 最小，其电气强度又比液体介质低很多，所以气泡必先发生电离。,纯净液体电介质的气泡击穿理论,气泡电离后温度上升、体积膨胀、密度减小，这促使电离进一步发展。电离产生的带电粒子撞击油分子，使它又分解出气体，导致气体通道扩大。许多电离的气泡在电场中排列成气体小桥，击穿就可能在此通道中发生。,非纯净液体电介质的“小桥”击穿理论,液体中的
4、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”，由于水和纤维的介电常数分别为81和6 7，比油的介电常数1.8 2.8大得多，从而这些杂质容易极化并在电场方向定向排列。发生两种情况：当“小桥”贯通两电极时，沿“小桥”出现较大的泄漏电流；泄漏电流逐渐加热“小桥”通道，使水分汽化、液体分解产生气体，在小桥周围形成一连串气泡；由于气泡中的场强大于液体中场点，而气体通常较液体容易击穿，导致气泡电离击穿；最终导致两电极之间击穿。,非纯净液体电介质的“小桥”击穿理论,(1)杂质小桥尚未接通电极时，则纤维等杂质与油串联，由于纤维的r大以及含水分纤维的电导大，使其端部油中电场强度
5、显著增高并引起电离，于是油分解出气体，气泡扩大，电离增强，这样下去必然会出现由气体小桥引起的击穿。,非纯净液体电介质的“小桥”击穿理论,（2）当“小桥”贯通两电极时，沿“小桥”出现较大的泄漏电流；泄漏电流逐渐加热“小桥”通道，使水分汽化、液体分解产生气体，在小桥周围形成一连串气泡；由于气泡中的场强大于液体中场点，而气体通常较液体容易击穿，导致气泡电离击穿；最终导致两电极之间击穿。,影响液体电介质击穿电压的因素,1）杂质（悬浮水、纤维）： 杂质的存在将极大地降低液体地击穿电压；电场越均匀、电压作用时间越短，杂质的影响越大。含微量水分的变压器油的击穿电压大幅下降，,影响液体电介质击穿电压的因素,1
6、）杂质（悬浮水、纤维）： 含微量水分的变压器油的击穿电压大幅下降。 右图表示在常温下油的含水量对均匀电场油间隙工频击穿电压的影响。当油中含水量 达十万分之几时，对击穿电压 就有明显影响。 当油中还含有其他杂质时，击穿 电压的下降程度随杂质的种类和 数量而异。,影响液体电介质击穿电压的因素,2）温度： 击穿电压与温度的关系比较复杂，随电场的均匀度、油的品质以及电压类型的不同而异。,影响液体电介质击穿电压的因素,均匀电场油间隙的工 频击穿电压与温度的 关系如图所示。,影响液体电介质击穿电压的因素,在极不均匀电场中，随温度上升，工频击穿电压下降，如图所示,影响液体电介质击穿电压的因素,不论在均匀电场
7、中还是不均匀电场中，随温度上升，冲击击穿电压均单调地稍有下降。,影响液体电介质击穿电压的因素,3）电压作用时间 油隙的击穿电压会 随电压作用时间的 增加而下降，施加 电压时间还会影响 油的击穿性质。,影响液体电介质击穿电压的因素,在电压作用时间短至几个微秒时击穿电压很高，击穿有时延特性，属电击穿； 电压作用时间为数十到数百微秒时，杂质的影响还不能显示出来，仍为电击穿，这时影响油隙击穿电压的主要因素是电场的均匀程度； 电压作用时间更长时，杂质开始聚集，油隙的击穿开始出现热过程，于是击穿电压再度下降，为热击穿。,影响液体电介质击穿电压的因素,4）压力 不论电场均匀度如何，液体 压的大小决定了液体中
8、气泡 中的气压，随液体压的增加 液体中气泡的电离电压增高 和气体在油中的溶解度增大， 因此液体介质的击穿电压随 压力的增加而增大。,影响液体电介质击穿电压的因素,5）电场均匀程度 液体电介质击穿电压的分散性和电场的均匀程度有关，电场不均匀程度增加，击穿电压的分散性减小。 工频击穿电压的分散性在极不均匀电场中常不超过5，而在均匀电场中可达3040。,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 采用过虑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，该方法能够消除杂质“小桥”的成因，从而提高击穿电压，特别对均匀电场和持续时间较长的电压作用时间有效。,提高液体电介质击穿电
9、压的方法,2）复盖层 在金属电极表面紧贴一层固体绝缘薄层，使“小桥”不能直接接触电极，从而很大程度上减小了泄漏电流，阻断了“小桥”热击穿过程的发展； 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。,提高液体电介质击穿电压的方法,3）绝缘层 在金属电极上紧贴较厚的固体绝缘层。因该固体介质的介电常数大于液体介质，而减小了电极附近的电场强度，防止了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。,提高液体电介质击穿电压的方法,4）屏障 在电极间油隙中放置固体绝缘板。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、园环等形状，放置在铁心与绕组、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。,