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液體電介質(zhì)的電壓擊穿實(shí)驗(yàn)理論
閱讀：1382發(fā)布時(shí)間：2023-12-28
液體電介質(zhì)的電壓擊穿實(shí)驗(yàn)理論：
液體電介質(zhì)的電氣強(qiáng)度一般比氣體高，液體電介質(zhì)除有絕緣的作用外，還有冷卻、滅弧作用。工程上常用的液體電介質(zhì)有礦物油、植物油、合成液體等幾類(lèi)。目前應(yīng)用最為廣泛的仍是礦物油，如變壓器油、電容器油、電纜油等。
對(duì)液體電介質(zhì)擊穿機(jī)理的研究遠(yuǎn)不及對(duì)氣體電介質(zhì)擊穿機(jī)理的研究，還提不出一個(gè)較為完善的擊穿理論。從擊穿機(jī)理的角度，可將液體電介質(zhì)分為兩類(lèi)：純凈的和工程用的。這兩類(lèi)電介質(zhì)的擊穿機(jī)理有很大不同，歸納起來(lái)，通常有三種不同的理論，下面分別討論。
1．純凈液體電介質(zhì)的電擊穿理論
這種理論認(rèn)為，液體中因強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射等原因產(chǎn)生的電子在電場(chǎng)中被加速，與液體分子發(fā)生碰撞電離。有人曾用高速相機(jī)觀察了在沖擊電壓下，極不均勻電場(chǎng)中變壓器油的擊穿過(guò)程：首先在尖電極附近開(kāi)始電離，有一個(gè)電離開(kāi)始階段；然后是流注發(fā)展階段，流注是分級(jí)地向另一電極發(fā)展，后一級(jí)在前一級(jí)通道的基礎(chǔ)上發(fā)展，放電通道會(huì)出現(xiàn)分支；最后流注通道貫通整個(gè)間隙，這是貫通間隙的階段。這和長(zhǎng)空氣間隙的放電過(guò)程很相似。
2．純凈液體電介質(zhì)的氣泡擊穿理論
當(dāng)外加電場(chǎng)較高時(shí)，液體電介質(zhì)內(nèi)會(huì)由于各種原因產(chǎn)生氣泡，例如：
（1）電子電流加熱液體，分解出氣體；
（2）電子碰撞液體分子，使之解離產(chǎn)出氣體；
（3）靜電斥力，電極表面吸附的微小氣泡表面積累電荷，當(dāng)靜電斥力大于液體表面張力時(shí)，氣泡體積變大；
（4）電極凸起處的電暈引起液體汽化。
由于串聯(lián)電介質(zhì)中，交流條件下場(chǎng)強(qiáng)的分布與電介質(zhì)的介電常數(shù)成反比，氣泡
，小于液體的εr，液體中的氣泡承擔(dān)了比液體更高的場(chǎng)強(qiáng)，而氣體電氣強(qiáng)度低，所以氣泡先行電離；然后氣泡中氣體的溫度升高，體積膨脹，電離進(jìn)一步發(fā)展使油分解出氣體。如果電離的氣泡在電場(chǎng)中堆積成氣體通道，則擊穿在此通道內(nèi)發(fā)生。
由于液體電介質(zhì)的密度遠(yuǎn)比氣體電介質(zhì)的密度大，所以液體電介質(zhì)中電子的自由行程很短，不易積累到足以產(chǎn)生碰撞電離所需的動(dòng)能，因此純凈的液體電介質(zhì)的電氣強(qiáng)度總比常態(tài)下氣體電介質(zhì)的電氣強(qiáng)度高得多。
3．非純凈液體電介質(zhì)的小橋擊穿理論
工程用電介質(zhì)不總是很純凈的，在運(yùn)行中不可避免地會(huì)吸收氣體和水分，混入雜質(zhì)，如固體絕緣材料（紙、布）上脫落的纖維，液體本身也會(huì)老化、分解，所以工程用液體電介質(zhì)總含有一些雜質(zhì)。雜質(zhì)的存在使工程液體電介質(zhì)的擊穿有新的特點(diǎn)，一般用“小橋"理論來(lái)說(shuō)明工程液體電介質(zhì)的擊穿過(guò)程。
小橋理論認(rèn)為，液體中的雜質(zhì)在電場(chǎng)力的作用下，在電場(chǎng)方向定向，并逐漸沿電力線方向排列成雜質(zhì)的“小橋"，由于水和纖維的介電常數(shù)分別為81和6～7，比油的相對(duì)介電常數(shù)1.8～2.8大得多，所以這些雜質(zhì)容易極化而在電場(chǎng)方向定向排列成小橋。如圖4-15所示。
圖4-15受潮纖維在電極間定向示意圖
（a）未形成“小橋"；（b）形成“小橋"
由于組成此小橋的纖維及水分電導(dǎo)較大，從而使泄漏電流增加，并進(jìn)而使“小橋"強(qiáng)烈發(fā)熱，使油和水局部沸騰汽化，最后沿此“氣橋"發(fā)生擊穿。此種形式的擊穿是和熱過(guò)程緊密相連的。
如果油間隙較長(zhǎng)，難以形成貫通的小橋，則不連續(xù)的小橋也會(huì)顯著畸變電場(chǎng)，降低間隙的擊穿電壓。由于雜質(zhì)小橋的形成帶有統(tǒng)計(jì)性，因而工程液體電介質(zhì)的擊穿電壓有較大分散性。
小橋的形成和電極形狀及電壓種類(lèi)有明顯關(guān)系。當(dāng)電場(chǎng)極不均勻時(shí)，由于尖電極附近會(huì)有局部放電，造成油的擾動(dòng)，妨礙小橋的形成。在沖擊電壓作用下，由于作用時(shí)間極短，“小橋"來(lái)不及形成。
總體來(lái)說(shuō)，液體電介質(zhì)的擊穿理論還很不成熟。雖然有些理論在一定程度上能解釋擊穿的規(guī)律性，但大多都是定性的，在工程實(shí)際中主要靠試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
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