液體絕緣擊穿理論

液體絕緣擊穿理論

饒文彬

用以隔絕不同電位導(dǎo)電體的液體。又稱絕緣油。它主要取代氣體，

填充固體材料內(nèi)部或極間的空隙，以提高其介電性能，并改進(jìn)設(shè)備的

散熱能力。例如，在油浸紙絕緣電力電纜中，它不僅顯著地提高了絕

緣性能，還增強(qiáng)散熱作用；在電容器中提高其介電性能，增大每單位

體積的儲(chǔ)能量；在開關(guān)中除絕緣作用外，更主要起滅弧作用。

性能

液體絕緣材料均具有優(yōu)良的電氣性能，即擊穿強(qiáng)度高,介質(zhì)損耗

角正切(tanδ)小，絕緣電阻率高,相對介電常數(shù)ε

b

小（電容器中為

；其次是具有優(yōu)良的物理和化學(xué)性能。如汽大）

了增大儲(chǔ)能則要求ε

b

化溫度高，閃點(diǎn)高,盡量難燃或不燃；凝固點(diǎn)低,合適的粘度和粘度－

溫度特性；熱導(dǎo)率大，比熱容大；熱穩(wěn)定性好，耐氧化；在電場作用

下吸氣性小；它和與之接觸的固體材料之間的相容性要好；毒性低、

易生物降解。還要求來源廣、價(jià)格低。開關(guān)油還要求在電弧作用下生

成的碳粒少、易分散、沉淀快。超高壓變壓器油則要求油的流動(dòng)產(chǎn)生

的靜電荷少。

采取精制處理清除油中的雜質(zhì)和水分，可以提高油的絕緣性能。

常用的方法是用白土(Al

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O·mSiO·nHO)、硅膠或活性氧化鋁等吸附

劑進(jìn)行吸附精制，亦可用溶劑精制或電凈化。為抑制絕緣油的老化，

應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備的散熱，隔絕空氣并添加抗氧劑。20世紀(jì)60年代初發(fā)展

的油中氣體分析（氣相色譜）技術(shù)，可對變壓器進(jìn)行異常監(jiān)測與診斷，

以確保其安全運(yùn)行。

分類

液體絕緣材料可按其極性分為弱極性、非極性、極性、強(qiáng)極性等

幾類。弱極性和非極性液體絕緣材料（以礦物油為代表）的固有電偶

極矩小，相對介電常數(shù)ε

bb

約為2.2。ε隨溫度的升高略有下降,與電

介的溫度系數(shù)和它的體積膨脹系數(shù)有相同數(shù)量級。

壓的頻率無關(guān),ε

b

質(zhì)損耗主要來自電導(dǎo)。由于極性小,不易吸附雜質(zhì),或吸附雜質(zhì)后易于

精制，因此電導(dǎo)率γ和tanδ可較小。溫度升高，載流子的活化能增

大,故γ和tanδ隨溫度升高而增大。tanδ與電壓的頻率成反比。極

性液體絕緣材料的固有電偶極矩大，故ε

b

較大，一般為3～7。強(qiáng)極

由于存在較大的本征離子電導(dǎo),且易吸附更大。

性液體絕緣材料的ε

b

雜質(zhì),故γ和tanδ較大。由于存在偶極損耗,使tanδ和溫度、電壓

頻率的關(guān)系出現(xiàn)峰值，使用中應(yīng)注意避開峰值的溫度和頻率。純凈液

體的擊穿主要是碰撞電離擊穿和氣泡擊穿，因而密度大的液體擊穿強(qiáng)

度較高；升溫使密度減小，擊穿強(qiáng)度降低；減薄油層可提高擊穿強(qiáng)度；

隨著電壓作用時(shí)間的減少與環(huán)境壓力的提高，擊穿電壓提高。工程液

體絕緣材料因含氣、水和雜質(zhì)，在電場作用下易形成跨越電極間的汽

泡(氣橋)、水泡(水橋)、雜質(zhì)(雜質(zhì)橋)，從而使擊穿電壓降低。祛氣、

脫水、濾除雜質(zhì)可以提高絕緣油的擊穿場強(qiáng)。處理完善的絕緣油,在

標(biāo)準(zhǔn)電極(電極直徑為25毫米，極間距離為2.5毫米,電極邊緣曲率

半徑為2毫米)中擊穿電壓約為35～70千伏。

液體絕緣材料按材料來源可分為礦物絕緣油、合成絕緣油和植物油 3

大類。工程技術(shù)上最早使用的是植物油，如蓖麻油、大豆油、菜籽油

等，至今仍在使用。蓖麻油是優(yōu)良的脈沖電容器的浸漬劑，與菜籽油

一樣，都可用于金屬化電容器。為滿足各種電工設(shè)備的不同要求，又

開發(fā)了多種類型的合成絕緣油，并得到廣泛應(yīng)用，如供高溫下使用的

硅油以及十二烷基苯、聚丁烯油等。但工程上使用最多的仍然是礦物

絕緣油。