液體絕緣的老化(Degrading)效應

來源：揚州國浩電氣有限公司 2025年05月13日 07:29

液體很適于用作絕緣材料，不僅因為液體可以填充任何空間，而且可以通過轉換和有時通過強迫循環，對高壓系統進行散熱。的液體絕緣物是礦物油。常用于變壓器和高壓電器，既便宜，又有相當好的絕緣強度，以及熱傳導性能。然而，使用油也有一些缺點，比如，滲漏會引起環境污染問題，在事故情況下安全也成問題，本身也容易被污染。

礦物油里如何發生擊穿，至今還沒有一個被廣泛接受的理論。倒是有若干個不同的，有時是互相補充，而有時又是相互矛盾的理論存在。很多因素，比如油的溫度，所加穩定的壓力，油里的雜質，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量。因此，在特定電場強度下，這些特性不能簡單地由它們的數值來確定。試驗條件必須加以詳細說明，數值才有意義。缺乏統一的標準和普遍接受的測試程序，是責怪有關擊穿機制出現相互矛盾理論的原因之一。然而事實上，有三個因素與故障過程有關，即油中的微粒雜質、水和氣泡。

1. 微粒雜質

在高壓系統中，冷卻油是循環的，過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。即令是新系統沒有雜粒，周期性地檢查，打開蓋子和外殼，會進入灰塵和雜質微粒。許多系統使用壓層板、纖維材料的絕緣板，或者含紙絕緣的線圈，隨著時間的推移，這些物質都可能釋放出微粒到油中。

設外加電場強度為E，這些雜粒將被極化，如果這些雜粒的相對介電系數為ε2，大于油的相對介電系數ε1(通常是這樣)，一個力作用在該雜粒上，驅使它朝著電極之間電場的地方運動。對于圓形雜粒，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，由于水的相對介電系數高，這個力就很大。所有這些雜粒最終都將被吸附到電場強度的區域，并被電場一個接一個地排列在一起。在這種情況下，電極之間就可能形成短路的導電橋，電流就沿著這個橋流通，并將引起局部發熱，導致擊穿。如果雜粒為金屬，那么ε2-∞，就有：在電極之間，一個球形金屬雜粒，在它的表面電場強度將增加到三倍，在某些情況下，就足以發生擊穿。

在壓力油中雜粒的運動曾進行了很多研究，但是卻沒有得到它們如何影響電場強度的精確數據。然而都認為，雜粒污染將嚴重地降低絕緣強度，并是油狀態的一個好壞的標志。

2. 水

在正常工作狀態下，油里總是有水存在的，它可能來自大氣或絕緣材料老化以及油的氧化。實際上，含水量通常少于約20ppm。如果含水量高于這個數值，則電場會使水形成水珠狀，懸浮在油中，并且在沿電場方向拉長。在臨界場強下，它們變得不穩定。擊穿通道會從拉長的水珠端頭延伸，產生擊穿。如果水的含量達到50ppm，就足夠形成將變壓器油擊穿的電場強度。有時設備的防水可能失效，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，這將導致災難性的事故發生。

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. 液體分子分裂產生的氣體產物;
b. 通過從陰極尖點發射的電子使液體局部氣化。

氣泡產生的同時，就被靜電力拉伸。由于氣體的擊穿場強比油低得多。氣泡里的電場將超過水氣的強度，這將導致氣泡里放電，從而將引起油的化學老化，產生更多的蒸汽，氣泡增大。最終所有間隙被橋接，接著擊穿。

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液體絕緣的老化(Degrading)效應

1. 微粒雜質

2. 水

3. 氣泡

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