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液體電介質的電壓擊穿實驗理論
閱讀：1609發(fā)布時間：2023-12-28
液體電介質的電壓擊穿實驗理論：
液體電介質的電氣強度一般比氣體高,，液體電介質除有絕緣的作用外,，還有冷卻、滅弧作用,。工程上常用的液體電介質有礦物油,、植物油、合成液體等幾類,。目前應用最為廣泛的仍是礦物油,，如變壓器油、電容器油,、電纜油等,。
對液體電介質擊穿機理的研究遠不及對氣體電介質擊穿機理的研究，還提不出一個較為完善的擊穿理論,。從擊穿機理的角度,，可將液體電介質分為兩類：純凈的和工程用的。這兩類電介質的擊穿機理有很大不同,，歸納起來,，通常有三種不同的理論，下面分別討論,。
1．純凈液體電介質的電擊穿理論
這種理論認為,，液體中因強場發(fā)射等原因產生的電子在電場中被加速，與液體分子發(fā)生碰撞電離,。有人曾用高速相機觀察了在沖擊電壓下,，極不均勻電場中變壓器油的擊穿過程：首先在尖電極附近開始電離，有一個電離開始階段,；然后是流注發(fā)展階段,，流注是分級地向另一電極發(fā)展，后一級在前一級通道的基礎上發(fā)展，放電通道會出現分支,；最后流注通道貫通整個間隙,，這是貫通間隙的階段。這和長空氣間隙的放電過程很相似,。
2．純凈液體電介質的氣泡擊穿理論
當外加電場較高時,，液體電介質內會由于各種原因產生氣泡，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，當靜電斥力大于液體表面張力時,，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)電介質中,，交流條件下場強的分布與電介質的介電常數成反比，氣泡
,，小于液體的εr,，液體中的氣泡承擔了比液體更高的場強，而氣體電氣強度低,，所以氣泡先行電離,；然后氣泡中氣體的溫度升高,，體積膨脹，電離進一步發(fā)展使油分解出氣體,。如果電離的氣泡在電場中堆積成氣體通道,，則擊穿在此通道內發(fā)生,。
由于液體電介質的密度遠比氣體電介質的密度大,，所以液體電介質中電子的自由行程很短，不易積累到足以產生碰撞電離所需的動能,，因此純凈的液體電介質的電氣強度總比常態(tài)下氣體電介質的電氣強度高得多,。
3．非純凈液體電介質的小橋擊穿理論
工程用電介質不總是很純凈的，在運行中不可避免地會吸收氣體和水分,，混入雜質,，如固體絕緣材料（紙,、布）上脫落的纖維，液體本身也會老化,、分解,，所以工程用液體電介質總含有一些雜質,。雜質的存在使工程液體電介質的擊穿有新的特點,，一般用“小橋"理論來說明工程液體電介質的擊穿過程。
小橋理論認為,，液體中的雜質在電場力的作用下,，在電場方向定向，并逐漸沿電力線方向排列成雜質的“小橋",，由于水和纖維的介電常數分別為81和6～7，比油的相對介電常數1.8～2.8大得多,，所以這些雜質容易極化而在電場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較大，從而使泄漏電流增加,，并進而使“小橋"強烈發(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程緊密相連的,。
如果油間隙較長，難以形成貫通的小橋,，則不連續(xù)的小橋也會顯著畸變電場,，降低間隙的擊穿電壓。由于雜質小橋的形成帶有統(tǒng)計性,，因而工程液體電介質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有明顯關系。當電場極不均勻時,，由于尖電極附近會有局部放電,，造成油的擾動，妨礙小橋的形成,。在沖擊電壓作用下,，由于作用時間極短，“小橋"來不及形成,。
總體來說,，液體電介質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,，在工程實際中主要靠試驗數據。
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