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液體絕緣的老化(Degrading)效應(yīng)

閱讀：77發(fā)布時(shí)間：2025-5-13

液體很適于用作絕緣材料，不僅因?yàn)橐后w可以填充任何空間，而且可以通過(guò)轉(zhuǎn)換和有時(shí)通過(guò)強(qiáng)迫循環(huán)，對(duì)高壓系統(tǒng)進(jìn)行散熱。的液體絕緣物是礦物油。常用于變壓器和高壓電器，既便宜，又有相當(dāng)好的絕緣強(qiáng)度，以及熱傳導(dǎo)性能。然而，使用油也有一些缺點(diǎn)，比如，滲漏會(huì)引起環(huán)境污染問題，在事故情況下安全也成問題，本身也容易被污染。

礦物油里如何發(fā)生擊穿，至今還沒有一個(gè)被廣泛接受的理論。倒是有若干個(gè)不同的，有時(shí)是互相補(bǔ)充，而有時(shí)又是相互矛盾的理論存在。很多因素，比如油的溫度，所加穩(wěn)定的壓力，油里的雜質(zhì)，電極的面積、形狀，電極的材料和表面狀況，間隙的大小等明顯地影響著變壓器油特性的測(cè)量。因此，在特定電場(chǎng)強(qiáng)度下，這些特性不能簡(jiǎn)單地由它們的數(shù)值來(lái)確定。試驗(yàn)條件必須加以詳細(xì)說(shuō)明，數(shù)值才有意義。缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和普遍接受的測(cè)試程序，是責(zé)怪有關(guān)擊穿機(jī)制出現(xiàn)相互矛盾理論的原因之一。然而事實(shí)上，有三個(gè)因素與故障過(guò)程有關(guān)，即油中的微粒雜質(zhì)、水和氣泡。

1. 微粒雜質(zhì)

在高壓系統(tǒng)中，冷卻油是循環(huán)的，過(guò)濾器常被用作去掉油中的雜粒。但去除污染雜粒，是不可能的。即令是新系統(tǒng)沒有雜粒，周期性地檢查，打開蓋子和外殼，會(huì)進(jìn)入灰塵和雜質(zhì)微粒。許多系統(tǒng)使用壓層板、纖維材料的絕緣板，或者含紙絕緣的線圈，隨著時(shí)間的推移，這些物質(zhì)都可能釋放出微粒到油中。

設(shè)外加電場(chǎng)強(qiáng)度為E，這些雜粒將被極化，如果這些雜粒的相對(duì)介電系數(shù)為ε2，大于油的相對(duì)介電系數(shù)ε1(通常是這樣)，一個(gè)力作用在該雜粒上，驅(qū)使它朝著電極之間電場(chǎng)的地方運(yùn)動(dòng)。對(duì)于圓形雜粒，如半徑為r，它所受的力為F，可以由公式得出：

如果雜粒為水霧或潮濕物，由于水的相對(duì)介電系數(shù)高，這個(gè)力就很大。所有這些雜粒最終都將被吸附到電場(chǎng)強(qiáng)度的區(qū)域，并被電場(chǎng)一個(gè)接一個(gè)地排列在一起。在這種情況下，電極之間就可能形成短路的導(dǎo)電橋，電流就沿著這個(gè)橋流通，并將引起局部發(fā)熱，導(dǎo)致?lián)舸?。如果雜粒為金屬，那么ε2-∞，就有：在電極之間，一個(gè)球形金屬雜粒，在它的表面電場(chǎng)強(qiáng)度將增加到三倍，在某些情況下，就足以發(fā)生擊穿。

在壓力油中雜粒的運(yùn)動(dòng)曾進(jìn)行了很多研究，但是卻沒有得到它們?nèi)绾斡绊戨妶?chǎng)強(qiáng)度的精確數(shù)據(jù)。然而都認(rèn)為，雜粒污染將嚴(yán)重地降低絕緣強(qiáng)度，并是油狀態(tài)的一個(gè)好壞的標(biāo)志。

2. 水

在正常工作狀態(tài)下，油里總是有水存在的，它可能來(lái)自大氣或絕緣材料老化以及油的氧化。實(shí)際上，含水量通常少于約20ppm。如果含水量高于這個(gè)數(shù)值，則電場(chǎng)會(huì)使水形成水珠狀，懸浮在油中，并且在沿電場(chǎng)方向拉長(zhǎng)。在臨界場(chǎng)強(qiáng)下，它們變得不穩(wěn)定。擊穿通道會(huì)從拉長(zhǎng)的水珠端頭延伸，產(chǎn)生擊穿。如果水的含量達(dá)到50ppm，就足夠形成將變壓器油擊穿的電場(chǎng)強(qiáng)度。有時(shí)設(shè)備的防水可能失效，大量的水將存積到油箱底部。含水量水平將上升，直至油的絕緣不能再支持電壓為止，這將導(dǎo)致災(zāi)難性的事故發(fā)生。

3. 氣泡

下述兩種之一的方式下，在陰極表面凹陷、龜裂就可能形成小氣泡：

a. 液體分子分裂產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物;
b. 通過(guò)從陰極尖點(diǎn)發(fā)射的電子使液體局部氣化。

氣泡產(chǎn)生的同時(shí)，就被靜電力拉伸。由于氣體的擊穿場(chǎng)強(qiáng)比油低得多。氣泡里的電場(chǎng)將超過(guò)水氣的強(qiáng)度，這將導(dǎo)致氣泡里放電，從而將引起油的化學(xué)老化，產(chǎn)生更多的蒸汽，氣泡增大。最終所有間隙被橋接，接著擊穿。

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