絕緣油的介電強(qiáng)度特性

一,、主要概念

擊穿breakdown:絕緣材料在電場作用下形成貫穿性橋路，發(fā)生破壞性放電,，使電極之間的電壓降至零或接近零的現(xiàn)象,，對固體介質(zhì)是永遠(yuǎn)失去介電強(qiáng)度，對液體,、氣體,，只是暫時(shí)失去介電強(qiáng)度。

擊穿電壓breakdown voltage:在規(guī)定的試驗(yàn)條件下絕緣體或試樣發(fā)生擊穿時(shí)的電壓,。

介電強(qiáng)度 dielectric strength:又稱電氣強(qiáng)度,，是指絕緣介質(zhì)能承受而不致遭到擊穿的最高電場強(qiáng)度。在規(guī)定的試驗(yàn)條件下,，發(fā)生擊穿的電壓除以施加電壓的兩電極之間距離所得商,，單位以 kV/cm 表示,。

二、雜質(zhì)對絕緣油擊穿電壓的影響

油中的雜質(zhì)主要來自兩方面,，即外來的雜質(zhì)和內(nèi)分解的雜質(zhì),。外來的雜質(zhì)是設(shè)備中固體絕緣纖維及空氣中的灰塵、纖維所造成的,。內(nèi)部雜質(zhì)是由油中的不飽和烴類分解出的氧化物,、可溶性樹脂、油泥以及由于電弧所形成的油離碳等所造成,。這些雜質(zhì)最麻煩的地方是它們能以懸浮狀態(tài)遍布于油中,，在電場作用下，最易形成橋路,，使油的介電強(qiáng)度大為降低,。

三、水分對絕緣油擊穿電壓的影響

當(dāng)油中的懸浮雜質(zhì)愈多以及油離碳(油離碳是指絕緣油在電弧下分解的碳質(zhì)物)有顯著存在量時(shí),，油中含水的可能性也愈大,。水分的來源一方面是空氣的潮濕氣侵入，另一方面也來自設(shè)備內(nèi)的有機(jī)物(包括絕緣油)因溫度而造成的分解,。另外,，絕緣油中的水分含量還受到油中烴類影響，如芳香烴,。油中芳香烴含量愈多,，溫度愈高，其能溶解水分的性能也愈顯著,。這些水分幾乎都是顯微狀析出,，因而就更增加了懸浮(懸浮包括乳化和粗分散狀態(tài))及可溶性。含有水分絕緣油的絕緣水平將會(huì)顯著降低,，特別是水分對絕緣油的擊穿電壓影響更大,。有資料表明，當(dāng)油中含水量僅為0.03%時(shí),，其擊穿電壓就已下降了25%,。

四、試驗(yàn)條件對絕緣油擊穿電壓的影響

1.擊穿電壓與加壓時(shí)間的關(guān)系

當(dāng)絕緣油比較純凈時(shí),，則擊穿電壓與加壓時(shí)間的關(guān)系不大,。但是，在工程上用的絕緣油中總是不可避免地含有或多或少的雜質(zhì),，此時(shí)的擊穿電壓就與加壓的時(shí)間有關(guān),，一般加壓時(shí)間長時(shí)，擊穿電壓就會(huì)降低,，因此在做絕緣油的交流擊穿電壓(介電強(qiáng)度)試驗(yàn)時(shí),，有必要規(guī)定升壓的速度。

2.擊穿電壓與頻率和波形的關(guān)系

絕緣油的交流擊穿電壓通常是隨施加電壓頻率的增加而增加的,，這也是雜質(zhì)的作用,。當(dāng)油中雜質(zhì)減少時(shí)，擊穿電壓與頻率的關(guān)系也就不顯著了,。這是由于試驗(yàn)頻率越高,，油的游離現(xiàn)象就會(huì)減弱，其擊穿電壓值就越高,。不過當(dāng)頻率過高時(shí),，油的擊穿電壓反而會(huì)降低，這是因?yàn)楫?dāng)頻率過高時(shí),，油的介質(zhì)損耗值的無功部分增加而造成熱擊穿,。

油的擊穿電壓與電壓波形的關(guān)系也與油中雜質(zhì)的含量有關(guān)。在大多數(shù)情況下,，當(dāng)交流電壓的波形畸變時(shí),，擊穿電壓取決于電壓波的最大值而不是有效值。因此施加的電壓為含有三次諧波的尖頂波時(shí),，得出的有效值表示的擊穿電壓就偏低,，故試驗(yàn)電源可采用線電壓以減少諧波的影響。

3.擊穿電壓與電極間隙的關(guān)系

在均勻電場下,，擊穿電壓一般與電極的間隙成正比,。只有當(dāng)電極的間隙很小(≤1mm)時(shí)，才能獲得均的電場,，如電極間隙較大,，即使在電極很大的情況下，也不能認(rèn)為電場是均勻的,。在不均勻電場中,，擊穿電壓與間隙距離不成正比。因此,，嚴(yán)格地說,，在不同間隙距離下獲得的擊穿電壓，即使換算到同樣的間隙距離,，也缺乏可比性所以油的擊穿電壓都是指在規(guī)定的間隙距離下的擊穿電壓值,。

4.電極形狀和材質(zhì)對擊穿電壓的影響

電極的形狀和材質(zhì)對絕緣油擊穿電壓的大小也有一定的影響。從三種形式電極(球形,、球蓋形和平板形)比較試驗(yàn),，不論油樣的擊穿電壓高低，都以球形電極的擊穿電壓值為最高,，球蓋形其次,，平板形相對較低,。當(dāng)擊穿電壓值在30kV以下時(shí)，上述差別有縮減的趨勢,。擊穿電壓不僅與電極的形狀有關(guān),，而且還與電極表面的尺寸有關(guān)。表面愈大,，擊穿電壓愈低,。這是因?yàn)橛偷膿舸儆跓釗舸┬问剑?dāng)電極表面增大時(shí),，油的對流作用減弱,，從而也就減弱了對油的冷卻作用，使油的加熱速度增加,，擊穿電壓降低,。此外，在電極的材質(zhì)上,，對于絕緣油,，其擊穿電壓的順序是:銀、銅,、金,、鉛、錫,、鐵,，即在采用銀質(zhì)電極時(shí)，在相同的電極距離下,，其擊穿電壓值為最高,，銅次之，鐵最一低,，也就是說,，熱導(dǎo)系數(shù)大的材料制作的電極所得出的擊穿電壓高，這是符合絕緣油的熱擊穿理論的,，因此在各種方法中都規(guī)定了電極的形狀和材料,。

5.溫度對擊穿電壓的影響

影響絕緣油介電強(qiáng)度大小的主要因素是溫度、水分及雜質(zhì),，特別是含有雜質(zhì)及水分的油,，溫度對介電強(qiáng)度的影響更為顯著。

不含雜質(zhì)并經(jīng)干燥無水分的油,，其介電強(qiáng)度主要靠油的中性粒子的不游離性,，所以在一定電場強(qiáng)度及溫度下它的離子質(zhì)量還是比較大的。若溫度繼續(xù)上升(如超過70~80℃),，則油的內(nèi)分子狀況就要起很大的變化,，而黏度顯著減小,，于是，由電場所引起的離子速度在油內(nèi)毫不受阻攔地進(jìn)行加速,，從而擴(kuò)大了離子碰撞游離的可能性使油發(fā)生擊穿,。如果油內(nèi)含有水分和雜質(zhì),，則溫度對于油的擊穿電壓的影響就不同于純凈干燥的油品了,。溫度較低時(shí)，水分懸溶于油中呈乳濁狀,，在電場作用下,，發(fā)生極性排序現(xiàn)象，在電場作用下的電子很容易沿著這種整齊排列的橋路,，即相當(dāng)于沿著乳濁體的體積電阻通過,。所以溫度較低時(shí)，其擊穿電壓值較小,。當(dāng)溫度升高時(shí),，由于溫度所造成的黏度值的減小，則水分乳濁體的活性變大,，借助電場作用疏散于油的中性分子之中,。由于此時(shí)溫度所造成的黏度值還不是最小，所以疏散的水分子乳濁體在同一時(shí)間內(nèi)參差不齊及借黏度的作用,，就比較不易結(jié)成橋路,。溫度再繼續(xù)升高，則水分子乳濁體的活性更大,，其擊穿電壓值也隨溫度上升而增加,。當(dāng)溫度繼續(xù)上升，致使油的黏度達(dá)到極小值時(shí)(如溫度超過70℃),，油的分子活性增加,，水分乳濁體就很難借油的黏度阻力而逃脫電場的束縛，則又重新結(jié)成橋路,，造成擊穿,。所以含有水分的油的擊穿電壓最大值對于溫度的影響，比不含水分的油要低,。