山东理工大学：《高电压技》课程教学资源（PPT课件）第三章 液体和固体电介质的电气特性（2/2）

3.2液体介质的击穿一旦作用于固体和液体介质的电场强度增大到一定程度时，在介质中出现的电气现象就不再限于前面介绍的极化、电导和介质损耗了。1与气体介质相似，液体和固体介质在强电场（高电压）的作用下，也会出现电介质转变为导体的击穿过程

◼ 一旦作用于固体和液体介质的电场强度增大到一定程度时，在介质中出 现的电气现象就不再限于前面介绍的极化、电导和介质损耗了。 ◼ 与气体介质相似，液体和固体介质在强电场（高电压）的作用下，也会 出现电介质转变为导体的击穿过程。 3.2 液体介质的击穿

口液体电介质主要指矿物油，如变压器油、电容器油、电缆油，植物油，如鲍麻油等。目前应用最多的是从石油中提炼矿物油绝缘油。口应用于变压器中的绝缘油同时也起散热媒质的作用，用于某些断路器中的绝缘油有时也兼作灭弧媒质，而用于电容器中的绝缘油也同时起贮能媒质的作用。口工程中实际使用的液体介质并不是完全纯净的，往往含有水分、气体、固体微粒和纤维等杂质，它们对液体介质的击穿过程均有很大的影响

 液体电介质主要指矿物油，如变压器油、电容器油、电缆油，植物油，如 蓖麻油等。目前应用最多的是从石油中提炼矿物油绝缘油。  应用于变压器中的绝缘油同时也起散热媒质的作用，用于某些断路器中的 绝缘油有时也兼作灭弧媒质，而用于电容器中的绝缘油也同时起贮能媒质 的作用。  工程中实际使用的液体介质并不是完全纯净的，往往含有水分、气体、固 体微粒和纤维等杂质，它们对液体介质的击穿过程均有很大的影响

纯净液体介质的击穿理论工程用变压器油的击穿过程及其特点变压器油击穿电压的影响因素及其提高方法

⚫ 纯净液体介质的击穿理论 ⚫ 工程用变压器油的击穿过程及其特点 ⚫ 变压器油击穿电压的影响因素及其提高方法

一、纯净液体介质的击穿理论从击穿机理的角度，可将液体电介质分为两类：电子碰撞电离理论（电击穿理论>纯净液体电介质乙气泡击穿理论非纯净液体电介质（工程用）■纯净液体电介质的击穿理论1、电击穿理论（电子碰撞电离理论）：在外电场足够强时，液体中因强场发射或肖特基效应（热发射）等原因产生的电子，电子在碰撞液体分子可引起电离，使电子数倍增，形成电子崩。与此同时，因碰撞电离产生的正离子在阴极附近形成空间电荷层，文增强阴极表面的电场，使阴极发射的电子数增多；当外加电压增大到一定程度时，电子崩电流会急剧增大，从而导致液体电介质击穿

一、纯净液体介质的击穿理论 从击穿机理的角度，可将液体电介质分为两类： ➢ 纯净液体电介质 ➢ 非纯净液体电介质(工程用) ◼ 纯净液体电介质的击穿理论 1、电击穿理论（电子碰撞电离理论）：在外电场足够强时，液体中因强场 发射或肖特基效应（热发射）等原因产生的电子，电子在碰撞液体分子可 引起电离，使电子数倍增，形成电子崩。与此同时，因碰撞电离产生的正 离子在阴极附近形成空间电荷层，又增强阴极表面的电场，使阴极发射的 电子数增多；当外加电压增大到一定程度时，电子崩电流会急剧增大，从 而导致液体电介质击穿。 电子碰撞电离理论（电击穿理论） 气泡击穿理论

■纯净液体介质的击穿理论与气体放电汤逊理论中α和作用有些相似。但液体密度比气体密度大得多，电子的平均自由行程很小，必须大大提高场强才开始碰撞电离。所以纯净液体介质的击穿场强要比气体介质高得多（约高一个数量级）

◼ 纯净液体介质的击穿理论与气体放电汤逊理论中α和γ作用有 些相似。但液体密度比气体密度大得多，电子的平均自由行程 很小，必须大大提高场强才开始碰撞电离。所以纯净液体介质 的击穿场强要比气体介质高得多（约高一个数量级）

由电击穿理论可知：，纯净液体的密度增加时，电子平均自由行程减小，击穿场强会增大：温度升高时液体膨胀，电子平均自由行程增大，击穿场强会下降：，由于电子崩的产生和空间电荷层的形成需要一定的时间，当电压作用时间很短时，击穿场强将被提高因此液体介质的冲击击穿场强高于工频击穿场强（冲击系数B>1）

由电击穿理论可知： ⚫ 纯净液体的密度增加时，电子平均自由行程减小，击穿场强会增大； ⚫ 温度升高时液体膨胀，电子平均自由行程增大，击穿场强会下降； ⚫ 由于电子崩的产生和空间电荷层的形成需要一定的时间，当电压作用 时间很短时，击穿场强将被提高.因此液体介质的冲击击穿场强高于工 频击穿场强（冲击系数β>1）

2、气泡击穿理论（小桥理论）·实验证明液体介质的击穿场强与其静压力密切相关，这表明液体介质在击穿过程的临界阶段可能包含着状态变化，这就是液体中出现了气泡。因此，有学者提出了气泡击穿机理

2、气泡击穿理论（小桥理论） • 实验证明液体介质的击穿场强与其静压力密切相关，这表明液体介 质在击穿过程的临界阶段可能包含着状态变化，这就是液体中出现 了气泡。因此，有学者提出了气泡击穿机理

纯净的液体介质由于某种原因出现了气泡，在交流电压下，串联介质中电场强度的分布与介质的s成反比。由于气泡的&最小（~1），其电气强度文比液体介质低很多，所以气泡必先发生电离。气泡电离后温度上升、体积膨胀、密度减小，这促使电离进一步发展。电离产生的带电粒子撞击油分子，使它又分解出气体，导致气体通道扩大。许多电离的气泡在电场中排列成气体小桥，击穿就可能在此通道中发生。气泡形成一发热膨胀一气泡通道扩大一集聚成小桥一击穿

• 纯净的液体介质由于某种原因出现了气泡，在交流电压下，串联介质中 电场强度的分布与介质的εr成反比。由于气泡的εr 最小（≈1），其电气 强度又比液体介质低很多，所以气泡必先发生电离。 • 气泡电离后温度上升、体积膨胀、密度减小，这促使电离进一步发展。 电离产生的带电粒子撞击油分子，使它又分解出气体，导致气体通道扩 大。许多电离的气泡在电场中排列成气体小桥，击穿就可能在此通道中 发生。 ◼ 气泡形成—发热膨胀—气泡通道扩大—集聚成小桥—击穿

如果液体介质击穿是由气泡小桥引起，可增大液体压力，提高液体介质击穿场强。高压充油电缆采用加大油压的方式，提高电缆的击穿场强

◼ 如果液体介质击穿是由气泡小桥引起，可增大液体 压力，提高液体介质击穿场强。 ✓ 高压充油电缆采用加大油压的方式，提高电缆的击 穿场强

二、非纯净液体电介质的击穿机理（以工程用变压器油为例纯净油的电气强度：相当高，可达800～1000kV/cm，但提取工艺相当复杂。>电气设备在制造过程中难免混入杂质，运行中也会老化而分解出气体和聚合物（蜡状物）。因此，工程上用的绝缘油总是含有一些气体和杂质。非纯净液体电介质（工程用液体电介质）

二、非纯净液体电介质的击穿机理（以工程用变压器油为例） 纯净油的电气强度：相当高，可达800～1000kV/cm，但提取工艺相当复杂。 ➢ 电气设备在制造过程中难免混入杂质，运行中也会老化而分解出气体和聚 合物（蜡状物）。因此，工程上用的绝缘油总是含有一些气体和杂质