影响液体电介质击穿电压的因素

液体电介质击穿电压的大小既决定于其自身品质的优劣，也与外界因素，如温度、电压有关。

1.液体电介质的自身品质

液体电介质的品质决定于其所含杂质的多少。含杂质越多，品质越差，击穿电压越低。变压器油的品质通常采用标准油杯中变压器油的工频击穿电压来衡量。由于在均匀电场中杂质对击穿电压的影响要比在不均匀电场中大，所以标准油杯中电极做成如图1.13所示的电极2的形状。

图1.13　标准油杯

1—绝缘外壳；2—黄铜电极

下面具体讨论影响品质的各种因素与击穿电压的关系。

（1）含水量。含水量对液体电介质击穿电压影响较大。当含水量极微小时，水分均以溶解状态存在，它对击穿电压影响不大。当含水量增加到超过溶解度时（25 ℃时水在变压器油中的溶解度为50 ppm， 1 ppm为百万分之一的体积含量即10-6），多余的水分常以悬浮状态出现。这种悬浮状态的小水滴在电场作用下极化并形成小桥，导致击穿，所以击穿电压随含水量增加而降低。当含水量超过0.02%时，多余的水分沉淀到容器底部，击穿电压不再降低。

（2）含纤维量。含纤维量越多，越易形成纤维小桥，则击穿电压越低。由于纤维具有很强的吸附水分能力，所以吸湿的纤维对击穿电压影响更大。

（3）含气量。当含气量很小时，溶解状态的气体对击穿电压影响很小。但当含气量增加而出现自由状态的气体时，将使击穿电压随含气量增加而降低。

2.温 度

温度对液体电介质击穿电压的影响随介质的品质、电场的均匀程度以及电压种类的不同而异。如图1.14所示在标准油杯中变压器油的工频击穿电压与温度U-t的关系。干燥的变压器油U-t关系为曲线Ⅰ，是直且比较平的图线，即干燥的变压器油的击穿电压随温度的升高有所降低；而受潮的变压器油的U-t关系为曲线，当温度由0℃开始逐渐上升时，水在油Ⅱ中的溶解度逐渐增大，原来悬浮状态的水分逐渐转化为溶解状态，故油的击穿电压逐渐升高；当温度超过60～80℃时，温度再升高，则水分开始汽化，油亦将逐渐汽化，产生气泡，又使击穿电压降低，从而在6080℃时出现最大值。在0～5℃时，油中水分是悬浮状态为～最多，此时小桥最易形成，故击穿电压达最小值。温度再降低，水滴将凝结成冰粒，其介电系数与油相近，电场畸变减弱，再加上油黏度增大，小桥不易形成，故此时变压器油的击穿电压随温度的下降反而提高。曲线Ⅰ、 Ⅱ相比较，显示了受潮的变压器油的击穿电压比干燥的变压器油低。

图1.14　变压器油工频击穿电压与温度的关系

Ⅰ—干燥的油；Ⅱ—潮湿的油

3.压 力

不论电场均匀与否，工程上用的变压器油在工频电压作用下，其击穿电压均随压力增加而增大，因为压力增大时，气体在油中溶解度增大。

4.电压作用时间

液体电介质的击穿过程存在发热现象，伴随有温度的升高，而温度的升高需要一定的时间。当电压非常高时，在加压后短至几个微秒时的击穿表现为电击穿，此时杂质形成小桥的作用来不及显示出来，因此击穿电压很高。当电压作用时间大于毫秒级时，击穿将发展为热击穿，一般情况下液体电介质的击穿都属于热击穿。击穿电压随电压作用时间增加而降低。但在油不太脏的情况下，1 min的击穿电压与长时间的击穿电压相差不大。为此，变压器油的工频耐压试验（即品质试验）通常加压1 min。

5.电场均匀程度

电场愈均匀，水分等杂质对击穿电压的影响愈大，击穿电压的分散性也愈大，击穿电压也愈高。当绝缘油的纯度较高时，改善电场的均匀程度使工频交流或直流电压下的击穿电压明显提高。而品质较差的绝缘油，杂质的聚集和排列已使电场畸变，改善电场以提高击穿电压的作用并不明显。