液体电介质的电压击穿实验理论

液体电介质的电压击穿实验理论：

液体电介质的电气强度一般比气体高，液体电介质除有绝缘的作用外，还有冷却、灭弧作用。工程上常用的液体电介质有矿物油、植物油、合成液体等几类。目前应用最为广泛的仍是矿物油，如变压器油、电容器油、电缆油等。

对液体电介质击穿机理的研究远不及对气体电介质击穿机理的研究，还提不出一个较为完善的击穿理论。从击穿机理的角度，可将液体电介质分为两类：纯净的和工程用的。这两类电介质的击穿机理有很大不同，归纳起来，通常有三种不同的理论，下面分别讨论。

1．纯净液体电介质的电击穿理论

这种理论认为，液体中因强场发射等原因产生的电子在电场中被加速，与液体分子发生碰撞电离。有人曾用高速相机观察了在冲击电压下，极不均匀电场中变压器油的击穿过程：首先在尖电极附近开始电离，有一个电离开始阶段；然后是流注发展阶段，流注是分级地向另一电极发展，后一级在前一级通道的基础上发展，放电通道会出现分支；最后流注通道贯通整个间隙，这是贯通间隙的阶段。这和长空气间隙的放电过程很相似。

2．纯净液体电介质的气泡击穿理论

当外加电场较高时，液体电介质内会由于各种原因产生气泡，例如：

（1）电子电流加热液体，分解出气体；

（2）电子碰撞液体分子，使之解离产出气体；

（3）静电斥力，电极表面吸附的微小气泡表面积累电荷，当静电斥力大于液体表面张力时，气泡体积变大；

（4）电极凸起处的电晕引起液体汽化。

由于串联电介质中，交流条件下场强的分布与电介质的介电常数成反比，气泡，小于液体的εr，液体中的气泡承担了比液体更高的场强，而气体电气强度低，所以气泡先行电离；然后气泡中气体的温度升高，体积膨胀，电离进一步发展使油分解出气体。如果电离的气泡在电场中堆积成气体通道，则击穿在此通道内发生。

由于液体电介质的密度远比气体电介质的密度大，所以液体电介质中电子的自由行程很短，不易积累到足以产生碰撞电离所需的动能，因此纯净的液体电介质的电气强度总比常态下气体电介质的电气强度高得多。

3．非纯净液体电介质的小桥击穿理论

工程用电介质不总是很纯净的，在运行中不可避免地会吸收气体和水分，混入杂质，如固体绝缘材料（纸、布）上脱落的纤维，液体本身也会老化、分解，所以工程用液体电介质总含有一些杂质。杂质的存在使工程液体电介质的击穿有新的特点，一般用“小桥”理论来说明工程液体电介质的击穿过程。

小桥理论认为，液体中的杂质在电场力的作用下，在电场方向定向，并逐渐沿电力线方向排列成杂质的“小桥”，由于水和纤维的介电常数分别为81和6～7，比油的相对介电常数1.8～2.8大得多，所以这些杂质容易极化而在电场方向定向排列成小桥。如图4-15所示。

图4-15受潮纤维在电极间定向示意图

（a）未形成“小桥”；（b）形成“小桥”

    由于组成此小桥的纤维及水分电导较大，从而使泄漏电流增加，并进而使“小桥”强烈发热，使油和水局部沸腾汽化，最后沿此“气桥”发生击穿。此种形式的击穿是和热过程紧密相连的。

如果油间隙较长，难以形成贯通的小桥，则不连续的小桥也会显著畸变电场，降低间隙的击穿电压。由于杂质小桥的形成带有统计性，因而工程液体电介质的击穿电压有较大分散性。

小桥的形成和电极形状及电压种类有明显关系。当电场极不均匀时，由于尖电极附近会有局部放电，造成油的扰动，妨碍小桥的形成。在冲击电压作用下，由于作用时间极短，“小桥”来不及形成。

总体来说，液体电介质的击穿理论还很不成熟。虽然有些理论在一定程度上能解释击穿的规律性，但大多都是定性的，在工程实际中主要靠试验数据。