1.3液体电绝缘介质及其击穿特性

Second level,高电压技术精品资源共享课程,Second level,重庆电力高等专科学校,1.1,绝缘材料的电气性能,高电压技术精品资源共享课程,Second level,重庆电力高等专科学校,1.1,绝缘材料的电气性能,高电压技术精品资源共享课程,Second level,高电压技术精品资源共享课程,2,液体电介质的击穿,液,体绝缘材料及其击穿特性,1,变压器油,液体绝缘材料,液体电介质又称绝缘油，在常温下为液态，在电气设备中起,绝缘、传热、浸渍及填充,作用，主要用在变压器、断路器、电容器和电缆等油浸式的电气设备中。,在断路器和电容器中的绝缘油还分别有,灭弧和储能,作用。,液体电介质与气体电介质一样有流动性，,击穿后有自愈性，但电气强度比气体的高,。,因此用液体电介质代替气体电介质制造的高压电气设备体积小，节省材料；但液体电介质大多可燃，易氧化变质，产生水分、气体、酸、油泥等，导致电气性能变坏。,绝缘油分类,1,、矿物油。,矿物油是从石油中提炼精制的液体绝缘材料。石油的主要成分是烷烃、环烷烃和芳香烃，这些组分的电气性能和老化稳定性优良。应用最广泛的矿物油就是,变压器油,。,2,、合成油。,由人工合成的液体绝缘材料。由于矿物绝缘油是多种碳氢化合物的混合物，难以除净降低绝缘性能的组分，且制取工艺复杂，易燃烧，耐热性低，因而人们研究、开发了多种性能优良的合成油。如有机硅油和十二烷基苯等。,1,变压器油,【,学习任务,】,了解变压器油的基本特性和用途，熟悉变压器油的运行要求。,表征绝缘材料性能的几个基本电气参数,：,介电常数,-,表征极化强弱,电阻率,-,表征导电性能,电导率,tg,介质损耗角正切,-,表征介质损耗大小,E,0,击穿场强,-,表征绝缘性能（耐电性能）,U,耐受电压,1,变压器油,变压器油,变压器油是一种液体绝缘材料，大多采用矿物绝缘油，是石油的一种分镏产物，其主要成分是烷烃，环烷族饱和烃，芳香族不饱和烃等化合物。,变压器油具有质地纯净、绝缘性能良好、理论性能稳定、粘度较低等特点。,国产的变压器油直接用油的凝点作为标号。,例如,10,号、,25,号、,45,号变压器油分别表示其凝固温度为,10,、,25,、,45,。,10,号变压器油适用于在我国的长江流域及以南的地区使用。,25,号变压器油适用于黄河流域及华中地区使用。,45,号变压器油适用在西北、东北地区使用。,1,变压器油,一、变压器油的作用,1,变压器油,在电气设备中，变压器油将不同电位的带电部分隔离开来，使不致于形成短路,。,因为空气的介电常数为,1.0,，而变压器油的介电常数为,2.25,。,油的绝缘强度要比空气的大得多。变压器绕组之间充满了变压器油，增加了,耐,电强度，绝缘就不会被击穿，并且随着油的质量提高，设备的安全系数就越大。,（一）绝缘作用,一、变压器油的作用,1,变压器油,变压器在带电运行过程中，由于绕组有电流通过，它必然会发热。如果不将绕组内的这种热量散发出来，会使绕组和铁心内积蓄的热量越积越多而使铁心内部温度升高，从而损坏绕组外部包覆的固体绝缘，以致于烧毁绕组。若使用变压器油，绕组内部产生的这部分热量，先是被油吸收，然后通过油的循环使热量散发出来，从而保证设备的安全运行。,（二）散热冷却作用,一、变压器油的作用,1,变压器油,在油断路器和变压器的有载调压开关上，触头切换时会产生电弧。由于变压器油导热性能好，且在电弧的高温作用下能分解大量气体，产生较大压力，从而提高了介质的灭弧性能，使电弧很快熄灭。,（三）灭弧作用,一、变压器油的作用,1,变压器油,变压器油充填在绝缘材料的空隙之中，将易于氧化的纤维素和其他材料所吸收的氧含量减少到最低限度。,（四）密封作用,二、变压器油的基本特性,由于矿物绝缘油是由各种烃类组成，因此在运行中受温度、空气、金属、电场等的影响，会逐渐劣化，如遇高温过热等设备故障，则油质劣化加速，因此电力系统对油品的性能、质量是有严格要求的。变压器油为了能很好地发挥它在绝缘、散热以及灭弧等多方面的功能作用，其本身必须具备良好的化学、物理和电气等方面的的基本特性。,1,变压器油,变压器油的物理性质,1,）色度：油的色度是反映油质的优劣程度，优良的变压器油色度应是透明、淡黄色，运行中因温度和氧化作用使其油色由浅变深。,二、变压器油的基本特性,2,）油的透明度：油盛在白色透明直径为,15mm,的玻璃试管中，环境温度在,5,以上时，在光亮的地方观察应是透明的，若透明度差、浑浊则表示含有机械杂质或游离碳，油中含气较多时也会降低透明度。,变压器油对比,3,）油的荧光：将优质油盛在玻璃杯，在两侧呈现出乳绿或蓝紫色的反射光线作为荧光。使用过的油荧光变弱或完全没有荧光，则说明油中含有杂质或分解物。,4,）油的气味：优质的油应当没有气味或者只有一点煤油味，有焦味表示油干燥时方法不对或者是使用该油的设备有故障；严重老化的油会发出酸味，励磁调压开关的油会发出乙炔气味,变压器油的物理性质,5,）油的闪点：油加热时所发生的蒸气与空气所形成的混合物，在火焰接近时而闪火，此时是以温度作为闪点。闪点是表征油的蒸发度，油的闪点越低，其挥发性越高。挥发性越小越好或者说闪点越高越好，新油标准应不低于,135,。,变压器油的物理性质,变压器油的化学性质,1,）酸值：变压器油的酸值是指油中有机酸的数值，油的中和酸度是指氧化试验以后的数值。酸度的常用计量方法是中和所需的,KOH,的质量（,mg,），用,mgKOH,g,表示。酸性大的油会腐蚀金属设备。当油中有水分时，腐蚀性质强，酸价逐年增大，反映了油的劣化。,二、变压器油的基本特性,2,）水溶性酸和碱：水溶性酸碱对金属设备有强烈的腐蚀作用，并能加快油的劣化，侵蚀绝缘纤维材料，降低油的绝缘强度，因此在绝缘油中应完全没有能溶于水的酸和碱存在。,3,）安定度：油在运行过程中抵抗氧化而保持其原来物理、化学性能的能力称为安定度，它能检验油能否经受高温氧化及时间的考验。,变压器油的化学性质,变压器油的电气性能,油的绝缘电阻体现油受潮及杂质的程度，,根据经验，一般新油或良好的变压器油绝缘电阻值应在,10000M,以上。,二、变压器油的基本特性,1,）油的绝缘电阻,新油或良好的变压器油，介质损耗角常温时（,20,30,）一般在,0.1%,以下，运行中油的介质损耗角一般不大于,0.5%,。,2,）介质损失角,变压器油的电气性能,设备额定电压,击穿电压（,kV,）,运行中,新油,15,及以下,20,25,20,35,30,35,63,220,35,40,330,45,50,500,50,60,3,）击穿电压,变压器油的电气性能,变压器油绝缘强度限值（,kV,）,运行中的变压器需要补充变压器油时，应首先查明原变压器油种类，然后填入相同牌号的变压器油，原则上不同种类的变压器油是不能随意混合的。,补油前应将重瓦斯保护由跳闸改为信号装置，这是因为，在加油和滤油时，难免将空气带入变压器内，而不能及时排除，当变压器运行后随着油温的上升，油内部存储的空气逐渐溢出，使瓦斯继电器动作而不必断开开关，只需给一报警信号，让运行值班人员做出判断。,补油后要检查瓦斯继电器，并及时放出气体，,24,小时无问题，再将瓦斯保护接入跳闸回路。,另外，禁止从变压器下部补油，以防止变压器的底部污秽物质进入变压器线圈内部。,三、变压器油的运行要求,2,液体电介质的击穿,重庆电力高等专科学校,【,学习任务,】,了解液体电介质的击穿机理，了解影响液体电介质击穿电压的因素，能正确运用提高液体电介质击穿电压的方法。,1.3,液体绝缘材料及其击穿特性,2,液体电介质的击穿,液体电介质不仅具有较高的电气强度，而且它的流动性使其还具有散热和灭弧作用，特别是它和固体电介质一道使用时，可以填充固体介质的空隙，从而大大提高了绝缘的局部放电起始电压和绝缘的电气强度。,现广泛使用的从石油提炼出的矿物油,变压器油,电缆油,电容器油,变压器,断路器,套管,作,绝缘介质,灭弧介质,冷却剂,其次有蓖麻油、人工合成的氯化联苯、十二烷基苯等,电击穿,气泡击穿,纯净液体的电气强度很高，其击穿机理主要是以下两种：,2,液体电介质的击穿,一、液体电介质的击穿机理,纯净的液体电介质中总会存在一些,离子,，它们或由液体分子受自然界中射线的电离作用而产生，或由液体中微量杂质受电场的解离作用而产生。,当电场强度超过,1MV/cm,时，液体电介质中的自由电子，在电场作用下运动、加速、积累能量、,碰撞,液体分子，而且以一定的概率使液体电介质的,分子游离,。,因碰撞游离而产生的正离子移动至阴极附近，增强了阴极表面的场强，促使,阴极发射,的电子数增多。这样，电流急剧增加，液体电介质失去绝缘能力，发生,击穿,。,纯净液体电击穿：,纯净液体介质的电击穿理论与气体放电的汤逊理论有些相似。但纯净液体的击穿场强要比气体介质高得多（约高一至二个数量级）。,一、液体电介质的击穿机理,工程上用的液体介质总是不纯净的，在运行中不可避免地会吸收气体和水分，混入杂质,.,例如固体绝缘材料（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。,非纯净液体气泡击穿,（小桥理论）,一、液体电介质的击穿机理,极性分子,水分,纤维,被游离的气体,在,E,作用下,在电极间,逐渐排列成小桥,将间隙接通,泄漏电流,发热,水分汽化,形成气泡,气泡游离,气泡小桥,从而导致油间隙的击穿,杂质“小桥”形成带有统计性，因而工程液体电介质的击穿电压有较大的分散性。,小桥理论,液体电介质通常用,标准试油杯,按标准试验方法测得的,工频击穿电压,来衡量其品质的优劣。,对变压器油，其标准油杯中的击穿电压一般为,U,b,25kV,40kV,对电容器油及电缆油，其标准油杯中的击穿电压一般为,U,b,50kV,60kV,平板电极间的,2.5mm,间隙,2,液体电介质的击穿,悬浮水,溶解水,20,40,0.02,0.04,0,含水量（,%,）,U,b,（有效值,kV,),二、影响液体电介质击穿电压的因素,1,、杂质（悬浮水、纤维）,若气体和水分溶于液体介质，则对,U,b,影响不大；,若水分呈悬浮状态则将形成小桥，使,U,b,明显下降；,含水继续增多仅增加几条击穿并联通道，,U,b,不再下降；,当有纤维存在时，水分影响特别明显。,电场越均匀，杂质对击穿电压影响越大,.,不均匀电场因强场处扰动大，杂质不易形成,“,小桥,”,，故含水量对击穿电压的影响小；,冲击击穿电压因作用时间太短，杂质来不及形成,“,小桥,”,，故含水量对击穿电压的影响也小。,影响液体电介质击穿电压的因素,1,、杂质（悬浮水、纤维）,在,0,60,时，,t U,b,(,油中悬浮水分溶解,),温度更高,80,，,t U,b,(,油中水分汽化增多,),变压器运行中油面温度不能超过,85,度。,影响液体电介质击穿电压的因素,2,、温度,温度对干燥的油的击穿电压影响很小,电场越均匀，水分等杂质越易形成,“,小桥,”,，杂质对油在工频电压作用下的击穿电压的影响越大。,在电场极不均匀的情况下，由于高场强区局部放电现象，造成油的扰动，妨碍了贯通性,“,小桥,”,的形成，杂质对其击穿电压影响很小。,因此，如油的纯净度较高，采用改善电场均匀程度的方法可明显提高油的工频或直流击穿电压；如油的纯净度较低，则改善电场的均匀程度不会显著提高油的工频或直流击穿电压。,在冲击电压作用下，因,“,小桥,”,来不及形成，无论电场均匀与否，杂质对击穿电压的影响都很小，故改善电场的均匀程度可提高油的冲击击穿电压。,影响液体电介质击穿电压的因素,3,、电场的均匀度,油的击穿电压与电压作用时间有关。由于油的击穿需要一定的时间，所以油间隙击穿电压会随所加电压作用时间的增加而下降。,当电压作用时间较长时，油中杂质有足够的时间在间隙中形成,“,小桥,”,，击穿电压下降。对一般不太脏的油做一分钟击穿电压和长时间击穿电压的试验结果差不多,.,所以做,油耐压试验时，只做一分钟。,影响液体电介质击穿电压的因素,4,、电压作用时间,油中含有气体