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絕緣油等液體的擊穿電壓機理
閱讀：913發布時間：2024-3-28
用于高壓電氣設備中的液體電介質除了用作絕緣之外，還起冷卻(如在油浸式電力變壓器中)以及滅弧(如在油斷路器中)作用。日前常用的液體電介質主要是從石油中提煉出來的碳氫化合物的礦物油，除了這些礦物油之外還有蓖麻油、人工合成的硅油、十二烷基苯等，但它們不如礦物油應用廣泛。根據用途不同，這些液體電介質分別稱為變壓器油、電容器油和電纜油，下面以變壓器油為例討論液體電介質的擊穿。
一、變壓器油的擊穿機理
純凈液體電介質的擊穿過程與氣體擊穿過程很相似，也是由液體中帶電質點的碰撞游離導致擊穿，但擊穿場強要高得多(可達1MV/cm)，然而討論這種純凈液體電介質的擊穿并無實際意義。
工程實際中使用的液體電介質不可能是純凈的，在液體電介質的生產、運行中不可避免要混入雜質。這些雜質主要是氣體、水分和纖維。正由于雜質的存在，液體電介質的擊穿過程與純凈液體電介質(或氣體介質)是不同的，擊穿場強也不同[如變壓器油擊穿場強一般為120～250kV(幅值) /cm]。
對于工程上所使用的含有雜質液體電介質的擊穿過程可用“小橋"理論來解釋。液體電介質中的水分和纖維的介電系數很大(分別為81和6~7)，它們在電場作用下很容易極化，受電場力吸引且被拉長，并且逐漸沿電場方向頭尾相連排列成“小橋"。如果此“小橋"貫穿電極，則由于組成此“小橋"的水分和纖維的電導較大，使流過“小橋"的泄漏電流增大，發熱增加，使水分汽化和小橋周圍的油分解或氣化，即形成氣泡。這種氣泡也可以是液體電介質中原先存在的(即氣體雜質所形成)。由于氣泡中的電場強度要比油中高得多(與介電系數成反比)，而氣泡中氣體的擊穿強度又比油低得多，所以一旦氣泡在電場作用下排列連成貫通兩電極的“小橋"，擊穿就在此“氣泡"通道中發生。換句話說，一旦油中形成氣泡“小橋"，就發生擊穿。油中的水分和纖維形成“小橋"。并不馬上擊穿，而仍要等到發展成氣泡“小橋"才擊穿，所以“小橋"理論也稱為“氣泡"擊穿理論。
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