变压器油的击穿电压

变压器油得击穿电压
将电压施加于绝缘油时,随着电压增加,通过油得电流剧增,使之完全丧失所固有得绝缘性能而变成导体,这种现象称为绝缘油得击穿。

绝缘油发生击穿时得临界电压值,称为击穿电压,此时得电场强度,称为油得绝缘强度,表明绝缘油抵抗电场得能力。

击穿电压U (kV)与绝缘强度E (kV/cm)得关系为
E=U/d (2-26)
式中d-电极间距离(cm)。

纯净绝缘油与通常含有杂质得绝缘油具有不同得击穿机理。

前者得击穿就是由于游离所引起,可用气体电介质击穿得机理来解释,即在高电场强度下,油分子碰撞游离成正离子与电子,进而形成了电子崩。

电子崩向阳极发展,而积累得正电荷则聚集在阴极附近,最后形成一个具有高电导得通道,导致绝缘油得击穿。

通常绝缘油总就是或多或少含有杂质,在这种情况下,杂质就是造成绝缘油击穿得主要原因。

油中水滴、纤维与其她机械杂质得介电系数ε比油得要大得多(纤维得ε=7,水得ε=80,而变压器油得ε≈2、3),因此在电场作用下,杂质将被吸引到电场强度较大得区域,在电极间构成杂质“小桥”,从而使油得击穿强度降低。

如杂质足够多,则还能构成贯通电极间隙得“小桥”,流过较大得泄漏电流,使之强烈发热,并使油与水局部沸腾与气化,结果击穿就沿此“气桥”而发生。

下面分别分析影响绝缘油击穿电压得各主要因素。

(1)测量绝缘油击穿强度时采用得电极材料、电极形状与电极面积
对油得绝缘强度有影响。

根据试验数据得知,在同样得试验条件下,不同电极材料测量得同种油样绝缘强度得排列顺序为Fe<黄铜<Pb<Cu<Al<Au<Zn<Ag,即采用铁电极测得值最低,而采用银电极得测得值最高。

若按金属得导热性排序,则可得到排列顺序为Pb<Fe<黄铜<Zn<Al<Au<Cu<Ag。

可以瞧出,除个别例外,大体上绝缘强度就是随电极金属导热性增加而提高得。

通常就是用黄铜而不就是用紫铜来制造电极,因为紫铜容易在表面上生成一层氧化膜;而在变压器中实际采用得材料却就是纯铜(紫铜),而不就是黄铜(铜锌合金)。

研究这两种材料制造得标准电极测得得变压器油绝缘强度如表2-24所示。

可以瞧出,纯铜电极得测得值比黄铜电极得测得值高,二者相差不超过10%～15%。

因此可以说,采用黄铜电极比用纯铜电极得试验条件更严格。

表2-24 电极材料对油绝缘强度得影响
此外,电极形状、电极尺寸、电极之间得距离以及油杯得形状与容量都对击穿电压有影响。

研究表明,球形电极对油质最敏感;其次就是平板式电极;而一种所谓“台阶式塔形电极”,由于建立起得电场极不均匀,所以几乎瞧不出油质污染对绝缘强度得影响。

圆盘电极边缘若不就是圆弧而就是存在尖锐得棱角,则对绝缘强度有很大影响,这就是由于油中极性杂质将被吸引到这些局部高场强得地方,从而减轻了油得不均匀性。

因此,电
极边缘有棱角时,受潮油得绝缘强度总就是比均匀电场时偏高。

当电极之间得距离足够小时,油得绝缘强度随电极面积得增加而减小,但就是当电极间距离大于1mm时,这种依赖关系就不存在了。

电极间距离对油绝缘强度得影响如图2-43与图2-44所示。

电极间距离、电极形状与尺寸得影响实际上就是电场均匀性得影响,因此电极与油杯得设计要保证电场得均匀性与油中杂质得均匀分布,而在油第一次击穿后所产生得残炭要有足够自净时间,不致影响同一油样后来得击穿电压测量。

(2)施加电压得频率与加压速度都对油得绝缘强度有影响。

表2-25列出了频率对油绝缘强度得影响。

随着油纯度得提高,其绝缘强度与频率之间得依赖关系逐渐减弱。

表2-25 频率对油绝缘强度得影响
随着施加电压得速度减缓,由于在电极之间得空间内吸引了大量得低沸点杂质,所以油得绝缘强度会有所降低。

各国采用得电极形式、
尺寸与电极间距离有所不同,规定得升压速度也有区别。

在我国GB/T 507-2002《绝缘油击穿电压测定法》中对此有明确规定。

(3)油得绝缘强度与温度得关系取决于油得纯净程度。

充分干燥并脱气得油,在20～120℃温度范围内,油得绝缘强度几乎没有变化。

当油中含有水分时,则油得绝缘强度随温度得升高而增加,并在60～80℃达到最大值。

当温度继续升高时,油绝缘强度有所降低,如图2-45所示。

对此得解释就是:随着温度升高,油中水分因蒸发而减少会全部或部分由悬浮态转变为溶解态,故绝缘强度增高。

当达到最大值后继续升高温度,油中水分与油得轻质成分气化形成气泡使绝缘强度降低。

1干燥得油;2-油+0、01%水分(加热过程中测得得曲线);3-油+0、01%水分(在冷却过程中测得得曲线);4-油+0、05%水分(加热过程中测得得曲线);5-油+0、1%水分(在加热过程中测得得曲线)
图2-45 油得绝缘强度与温度得关系
(4)水分对油得绝缘强度有重要影响。

油就是否易受潮与其化学成分与油中极性杂质得存在有关。

使油绝缘强度降低得主要原因就是悬浊态水,分子溶解态水对油绝缘强度得影响要小得多。

油中水分对绝缘强度得影响如图2-46所示。

图2-46 在标准油杯中变压器油得工频击穿电压Ub与含水量得关系
(5)机械杂质(纤维等)与极性杂质对油绝缘强度存在影响。

由图2-47可知,各种油得绝缘强度随着受潮时间得延长而降低就是很明显得。

纤维在吸潮后更容易在高场强下形成“小桥”,导致绝缘强度降低。

颗粒含量对油绝缘强度及含水量关系得影响,如图2-48所示。

图2-47空气湿度为98%时几种受潮油绝缘强度与受潮时间得关系
图2-48油得绝缘强度(击穿电压Uh)与含水量与悬浮颗粒含量得关系
1-纯油;2-含1、76mg炭;3-含0、21mg纤维;4-含1、12mg纤维极性物质对油得电导率与绝缘强度得影响取决于它们在油中得存在状态,大致具有如表2-26所示得规律。

表2-26 极性物质对油得电导率与绝缘强度得影响
(6)溶解气体对绝缘强度有很大影响,如表2-27所示。

湿度不同得空气对油绝缘强度得影响如表2-28所示。

未经深度脱气得绝缘油通常含有气泡,它会显著降低油得绝缘强度。

油中生成气泡得可能原因将在3、6节中阐述。

表2-27 溶解气体对油绝缘强度得影响
表2-28 湿度不同得空气对油绝缘强度得影响。