絕緣油火花放電的物理過程
作者:凱迪正大股份來源:武漢凱迪正大電氣有限公司日期:2014-11-27 10:51:00閱讀:
研究表明,絕緣油的火花放電過程與其純凈程度有關(guān)。例如,高度純凈的變壓器油具有很高的介電強(qiáng)度(可達(dá)106V/cm),常用的變壓器油在工頻下的介電強(qiáng)度為104~2×104V/cm,介電強(qiáng)度不同說明兩者放電機(jī)理有區(qū)別。純凈變壓器油的本征放電理論還不完善,很多研究者認(rèn)為,這種油的放電過程主要是由電因素所引起的。也就是說,它的放電過程和氣體放電過程相似,同樣也是電子崩和流注的形成與發(fā)展的過程,所不同的是在變壓器油中引起電子崩的點(diǎn)火電子是用強(qiáng)電場從陰極表面拉出來的。拉出來的電子在液體中產(chǎn)生碰撞游離,從而導(dǎo)致整個間隙擊穿。而且由于變壓器油中分子濃度比氣體大得多,所以電子在變壓器油中運(yùn)行的自由行程就小得多,不易積累起足夠的能量。要獲得足夠的能量就需要更高的電場強(qiáng)度,因而其介電強(qiáng)度較氣體的高。
但是工程上用的變壓器油往往不是十分純凈的,其中含有各式各樣的雜質(zhì),如未脫氣的油中溶解有空氣,干燥不良的油中含有水分,容器不干凈時會帶來渣滓,運(yùn)行過的油會因老化而產(chǎn)生一些聚合物(如臘狀物)。因此,研究工程用的變壓器油放電過程時,不能排除這些雜質(zhì)的影響。
研究含有雜質(zhì)的變壓器油的放電過程的理論很多,應(yīng)用最廣泛的是“小橋”理論。“小橋”理論認(rèn)為:工程用變壓器油放電的主要原因在于雜質(zhì)的影響,雜質(zhì)同水分、纖維質(zhì)(主要是受潮的纖維)等構(gòu)成。雜質(zhì)的介電系數(shù)ε≈2.3),在電場中,雜質(zhì)首先極化,被吸引向電場強(qiáng)度最強(qiáng)的地方,即電極附近,并按電力線方向排列,于是在電極附近形成了雜質(zhì)“小橋” 如圖12-1所示。如果極間距離大,雜質(zhì)少,只能形成斷續(xù)“小橋”,見圖12-l(a),而“小橋”的電導(dǎo)率y和介電系數(shù)。都比變壓器油大,由電工原理可知,由于“小橋” 的存在,會畸變油中的電場。因?yàn)槔w維的介電系數(shù)大,使纖維端部處油中的電場加強(qiáng),于是放電首先從這部分油中開始發(fā)展,油在高場強(qiáng)下電離而分解出氣體,使氣泡增大,電離又增強(qiáng)。而后逐漸發(fā)展,使整個油間隙可能在氣體通道中擊穿,所以,火花放電就能在較低的電壓下發(fā)生。如果極間距離不大,雜質(zhì)又足夠多,則“小橋”可能連通兩個電極,見圖12-l(b)。這時,由于“小橋”的電導(dǎo)較大,沿“小橋”流過很大電流(電流大小視電源容量而定),使“小橋”強(qiáng)烈發(fā)熱,“小橋” 中的水分和附近的油沸騰氣化,造成一個氣體通道——“氣泡橋”,最后在比較低的電壓下,沿著這個“氣泡橋”放電。如果纖維不受潮,則因“小橋” 的電導(dǎo)很小,對于油火花放電電壓的影響也比較小。這就是雜質(zhì)弓l起變壓器油放電的基本過程。顯然,這種放電形式和“小橋” 的加熱過程有聯(lián)系,所以它是電和熱兩種因素聯(lián)合作用的結(jié)果。
應(yīng)當(dāng)指出,上述的過程只適用于穩(wěn)態(tài)電壓(直流和工頻)和比較均勻的電場中。當(dāng)沖擊電壓作用或電場極不均勻時,雜質(zhì)不易形成“小橋”,它的作用只限于畸變電場,故其放電過程就可能主要由電的因素起主導(dǎo)作用了。