变压器油的击穿电压

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

绝缘油发生击穿时的临界电压值，称为击穿电压，此时的电场强度，称为油的绝缘强度，表明绝缘油抵抗电场的能力。

击穿电压U （kV）和绝缘强度E （kV/cm的关系为
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的绝缘油具有不同的击穿机理。

前者的击穿是由于游离所引起，可用气体电介质击穿的机理来解释，即在高电场强度下，油分子碰撞游离成正离子和电子，进而形成了电子崩。

电子崩向阳极发展，而积累的正电荷则聚集在阴极附近, 最后形成一个具有高电导的通道，导致绝缘油的击穿。

通常绝缘油总是或多或少含有杂质，在这种情况下，杂质是造成绝缘油击穿的主要原因。

油中水滴、纤维和其他机械杂质的介电系数
£比油的要大得多（纤维的£ =7,水的£ =80,而变压器油的2.3）因此在电场作用下，杂质将被吸引到电场强度较大的区域，在电极间构成杂质“小桥”，从而使油的击穿强度降低。

如杂质足够多，则还能构成贯通电极间隙的“小桥”，流过较大的泄漏电流，使之强烈发热，并使油和水局部沸腾和气化，结果击穿就沿此“气桥”而发生。

F面分别分析影响绝缘油击穿电压的各主要因素。

（1）测量绝缘油击穿强度时采用的电极材料、电极形状和电极面积
对油的绝缘强度有影响。

根据试验数据得知，在同样的试验条件下,
不同电极材料测量的同种油样绝缘强度的排列顺序为尸6<黄铜<P bvCuvAlvAuvZ nvAg即采用铁电极测得值最低，而采用银电极的测
得值最高。

若按金属的导热性排序，则可得到排列顺序为P b<Fe黄
铜vZnvAl<Au<Cu<Ag可以看出，除个别例外，大体上绝缘强度是随电极金属导热性增加而提高的。

通常是用黄铜而不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的材料却是纯铜（紫铜）而不是黄铜（铜锌合金）。

研究这两种材料制造的标准电极测得的变压器油绝缘强度如表2-24所示。

可以看出，纯铜电极的测得值比黄铜电极的测得值高，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的试验条件更严格。

表2-24 电极材料对油绝缘强度的影响
此外，电极形状、电极尺寸、电极之间的距离以及油杯的形状和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；其次是平板式电极；而一种所谓“台阶式塔形电极”，由于建立起的电场极不均匀，所以几乎看不出油质污染对绝缘强度的影响。

圆盘电极边缘若不是圆弧而是存在
尖锐的棱角，则对绝缘强度有很大影响，这是由于油中极性杂质将被 吸引到这些局部高场强的地方，从而减轻了油的不均匀性。

因此，电 极边缘有棱角时，受潮油的绝缘强度总是比均匀电场时偏高。

当电极之间的距离足够小时，油的绝缘强度随电极面积的增加而
减小，但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的影响如图
2-43和图2-44所示。

电极间距
离、电极形状和尺寸的影响实际上是电场均匀性的影响，
因此电极和
油杯的设计要保证电场的均匀性和油中杂质的均匀分布， 而在油第一 次击穿后所产生的残炭要有足够自净时间， 不致影响同一油样后来的 击穿电压测量。

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⑵施加电压的频率和加压速度都对油的绝缘强度有影响。

表2-25 列出了频率对油绝缘强度的影响。

随着油纯度的提高，其绝缘强度和 频率之间的依赖关系逐渐减弱。

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表2-25 频率对油绝缘强度的影响
随着施加电压的速度减缓，由于在电极之间的空间内吸引了大量 的低沸点
杂质，所以油的绝缘强度会有所降低。

各国采用的电极形式、 尺寸和电极间距离有所不同，规定的升压速度也有区别。

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。

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油的绝缘强度和温
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度的关系取决于油的纯净程度。

充分干燥并脱气的油，在20-120 C温度范围内，油的绝缘强度几乎没有变化。

当油中含有水分时，则油的绝缘强度随温度的升高而增加，并在60〜80C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。

对此的解释是：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，油中水分和油的轻质成分气化形成气泡使绝缘强度
1干燥的油；2-油+0. 01%水分(加热过程中测得的曲线)；3-油
+0.01%水分（在冷却过程中测得的曲线）；4-油+0.05%水分（加热过程中测得的曲线）；5-油+0.1%水分（在加热过程中测得的曲线）
图2-45 油的绝缘强度与温度的关系
（4）水分对油的绝缘强度有重要影响。

油是否易受潮与其化学成分和油中极性杂质的存在有关。

使油绝缘强度降低的主要原因是悬浊态水，分子溶解态水对油绝缘强度的影响要小得多。

油中水分对绝缘强度的影响如图2-46所示。

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图2-46在标准油杯中变压器油的工频击穿电压Ub和含水量的关系
（5）机械杂质（纤维等）和极性杂质对油绝缘强度存在影响。

由图2-47可知，各种油的绝缘强度随着受潮时间的延长而降低是很明显的。

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的影响，如图2-48所示。

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图2-47空气湿度为98%时几种受潮油绝缘强度与受潮时间的
关系
图2-48油的绝缘强度（击穿电压 Uh ）与含水量和悬浮颗粒含量的关系 1-纯油；2-含 1. 76mg 炭；3-含 0.21mg 纤维；4-含 1.12mg 纤维
极性物质对油的电导率和绝缘强度的影响取决于它们在油中的 存在状态，大致具有如表2-26所示的规律。

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表2-26 极性物质对油的电导率和绝缘强度的影响
（6）溶解气体对绝缘强度有很大影响，如表2-27所示。

湿度不同的空气对油绝缘强度的影响如表2-28所示。

未经深度脱气的绝缘油通常含有气泡，它会显著降低油的绝缘强度。

油中生成气泡的可能原因将在3.6节中阐述。

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表2-27 溶解气体对油绝缘强度的影响
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表2-28 湿度不同的空气对油绝缘强度的影响。