华北电力大学高电压技术第6讲液体电介质的击穿特性.ppt

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1、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，,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；,/22,3,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,4,当外加电场较高时，液体介质内由于各种原因产生气泡

2、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,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

3、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,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,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

4、分与变压器油的击穿电压关系如图,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。,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。,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

5、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。,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。,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

6、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。,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，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。,14,谢谢!,Q&A,