山东理工大学：《高电压技》课程教学资源（PPT课件）第三章 液体、固体电介质的电气特性 3.2 液体介质的击穿 3.3 固体介质的击穿 3.4 组合绝缘的电气强度

第二节液体介质的击穿液体电介质电气强度比气体的高：用液体介质代替气体介质制造的高压电气设备体积小，节省材料；液体介质大多可燃，易氧化变质，导致电气性能变坏。电气设备对液体介质的要求：电气性能好，如绝缘强度高、电阻率高、介质损耗及介电常数小（电容器则要求介电常数高）；散热及流动性能好，即粘度低、导热好、物理及化学性质稳定、不易燃、无毒等

液体电介质电气强度比气体的高；用液体介质代替 气体介质制造的高压电气设备体积小，节省材料；液体 介质大多可燃，易氧化变质，导致电气性能变坏。 电气设备对液体介质的要求： 电气性能好，如绝缘强度高、电阻率高、介质损耗 及介电常数小（电容器则要求介电常数高）； 散热及流动性能好，即粘度低、导热好、物理及化 学性质稳定、不易燃、无毒等。 第二节 液体介质的击穿

最常用的液体介质：矿物绝缘油变压器油电缆油矿物绝缘油电容器油用途：冷却媒质（变压器中）绝缘媒质灭弧（油断路器中）贮能（电容器中）

◼ 最常用的液体介质：矿物绝缘油 ◼ 用途： 变压器油 矿物绝缘油 电缆油 电容器油 冷却媒质（变压器中） 绝缘媒质 灭弧（油断路器中） 贮能（电容器中）

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1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

击穿理论纯净的液体电介质：电子碰撞电离理论（电击穿理论）、气泡击穿理论、工程用液体电介质：小桥击穿理论纯净程度电导率（S/m）相对介电常数0.5x10-102.2未净化的2×10-13净化2.12.10.5×10.13两次净化的10-162.1高度净化

纯净的液体电介质：电子碰撞电离理论（电击穿理 论）、气泡击穿理论、 工程用液体电介质：小桥击穿理论 击穿理论

（1）纯净液体介质击穿的击穿理论■电子碰撞电离理论：当外电场足够强时，在阴极产生的强电场发射或因肖特基效应发射的电子将在电场中被加速而获得足够的动能，它碰撞液体分子，使液体分子产生电离，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。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。肖特基效应：热发射

（1）纯净液体介质击穿的击穿理论 ◼ 电子碰撞电离理论： 当外电场足够强时，在阴极产生的强电场发射或因肖特基 效应发射的电子将在电场中被加速而获得足够的动能，它 碰撞液体分子，使液体分子产生电离，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。 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。 肖特基效应：热发射

由电击穿理论可知：纯净液体的密度增加时，击穿场强会增大：温度升高时液体膨胀，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

由电击穿理论可知： ◼ 纯净液体的密度增加时，击穿场强会增大； ◼ 温度升高时液体膨胀，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

气泡击穿理论外施电场较高时：液体介质内可能由下述各种原因产生气泡，而气泡的发展和气泡内的放电导致液体介质击穿。纯净液体中产生气泡的原因：①由阴极的强场发射的电子电流加热液体介质，使它分解出气体；②由电场加速的电子碰撞液体分子，使液体分子解离产生出气体；③静电排斥作用。在电极表面所吸附的气泡的表面上积有电荷，当它在电场作用下产生的静电斥力足以克服液体的表面张力时，便使气泡变大：④电极上尖的或不规则的凸起物上的电晕放电引起液体气化

◼ 气泡击穿理论 外施电场较高时，液体介质内可能由下述各种原因产生气 泡，而气泡的发展和气泡内的放电导致液体介质击穿。纯 净液体中产生气泡的原因： ①由阴极的强场发射的电子电流加热液体介质，使它分解 出气体； ②由电场加速的电子碰撞液体分子，使液体分子解离产生 出气体； ③静电排斥作用。在电极表面所吸附的气泡的表面上积有电 荷，当它在电场作用下产生的静电斥力足以克服液体的表 面张力时，便使气泡变大； ④电极上尖的或不规则的凸起物上的电晕放电引起液体气化

气泡击穿理论在交流电压下。串联介质中电场强度的分布是与介质的&成反比的。由于气泡的&,最小，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。当大量电离的气泡在电场中排列成气体小桥时，击穿就可能在此通道产生。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

◼ 在交流电压下，串联介质中电场强度的分布是与 介质的εr成反比的。由于气泡的εr最小，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。当大量电离的气泡在电场中排列成气体小 桥时，击穿就可能在此通道产生。 ◼ 气泡形成—发热膨胀—气泡通道扩大—集聚成小 桥—击穿 ◼ 气泡击穿理论

1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

（2）“小桥”理论工程液体电介质的击穿：在电气设备制造过程中液体电介质难免有杂质混入，在运行中也会因液体介质劣化而分解出气体和聚合物所以工程用液体电介质总或多或少含有一些杂质。例如油中常因受潮而含有水分，此外还含有油纸或布脱落的纤维

（2）工程液体电介质的击穿： “小桥”理论 在电气设备制造过程中液体电介质难免有杂质混入， 在运行中也会因液体介质劣化而分解出气体和聚合物， 所以工程用液体电介质总或多或少含有一些杂质。例 如油中常因受潮而含有水分，此外还含有油纸或布脱 落的纤维