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液體電介質(zhì)的電壓擊穿實驗理論
閱讀：2170發(fā)布時間：2023-12-28
液體電介質(zhì)的電壓擊穿實驗理論：
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,。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。
對液體電介質(zhì)擊穿機(jī)理的研究遠(yuǎn)不及對氣體電介質(zhì)擊穿機(jī)理的研究,，還提不出一個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：純凈的和工程用的,。這兩類電介質(zhì)的擊穿機(jī)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(zhì)的電擊穿理論
這種理論認(rèn)為，液體中因強(qiáng)場發(fā)射等原因產(chǎn)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(jī)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(chǔ)上發(fā)展,，放電通道會出現(xiàn)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(zhì)的氣泡擊穿理論
當(dāng)外加電場較高時，液體電介質(zhì)內(nèi)會由于各種原因產(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,，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,，一般用“小橋"理論來說明工程液體電介質(zhì)的擊穿過程。
小橋理論認(rèn)為,，液體中的雜質(zhì)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(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(zhì)小橋的形成帶有統(tǒng)計性,，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有明顯關(guān)系,。當(dāng)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(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，在工程實際中主要靠試驗數(shù)據(jù)。
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