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)O 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ε比油的要大得多（纤维的ε=7,水的ε=80,而变压器油的ε

≈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Fe<黄铜VPbVCuVAlVAuVZ n

铜VZnVAIVAUVCUVAg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咼.

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Imm 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。

(2)

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。

e ⅞≡ CHI)

E 〈kV ςm ）

淒率（Hz 〉

£ （kV Cm)

湧1

池I

0 25 50

250 340

380

i8Q

150 225

8＆0

470

_

5J∩

570

610

≡2-44电极间距离⑴不同时油的绝榮强度与电极直径的关系

團2⑷在电极间跖离很小时油的薛弼¾度

L-频率SOH Q 2-频率IOOoHZ ⅞f3<3(H

〔—>

盖

-IUIu>

芒

-F-M

O 30 4(]

⅛0 80

电機克枷

FnnO

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.

（3）油的绝缘强度和温度的关系取决于油的纯净程度。充分干燥并

脱气的油，在20〜120C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降低。

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.

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。

0□20 04