绝缘油的介电强度特性

一、主要概念

击穿breakdown:绝缘材料在电场作用下形成贯穿性桥路，发生破坏性放电，使电极之间的电压降至零或接近零的现象，对固体介质是永远失去介电强度，对液体、气体，只是暂时失去介电强度。

击穿电压breakdown voltage:在规定的试验条件下绝缘体或试样发生击穿时的电压。

介电强度 dielectric strength:又称电气强度，是指绝缘介质能承受而不致遭到击穿的最高电场强度。在规定的试验条件下，发生击穿的电压除以施加电压的两电极之间距离所得商，单位以 kV/cm 表示。

二、杂质对绝缘油击穿电压的影响

油中的杂质主要来自两方面，即外来的杂质和内分解的杂质。外来的杂质是设备中固体绝缘纤维及空气中的灰尘、纤维所造成的。内部杂质是由油中的不饱和烃类分解出的氧化物、可溶性树脂、油泥以及由于电弧所形成的油离碳等所造成。这些杂质最麻烦的地方是它们能以悬浮状态遍布于油中，在电场作用下，最易形成桥路，使油的介电强度大为降低。

三、水分对绝缘油击穿电压的影响

当油中的悬浮杂质愈多以及油离碳(油离碳是指绝缘油在电弧下分解的碳质物)有显著存在量时，油中含水的可能性也愈大。水分的来源一方面是空气的潮湿气侵入，另一方面也来自设备内的有机物(包括绝缘油)因温度而造成的分解。另外，绝缘油中的水分含量还受到油中烃类影响，如芳香烃。油中芳香烃含量愈多，温度愈高，其能溶解水分的性能也愈显著。这些水分几乎都是显微状析出，因而就更增加了悬浮(悬浮包括乳化和粗分散状态)及可溶性。含有水分绝缘油的绝缘水平将会显著降低，特别是水分对绝缘油的击穿电压影响更大。有资料表明，当油中含水量仅为0.03%时，其击穿电压就已下降了25%。

四、试验条件对绝缘油击穿电压的影响

1.击穿电压与加压时间的关系

当绝缘油比较纯净时，则击穿电压与加压时间的关系不大。但是，在工程上用的绝缘油中总是不可避免地含有或多或少的杂质，此时的击穿电压就与加压的时间有关，一般加压时间长时，击穿电压就会降低，因此在做绝缘油的交流击穿电压(介电强度)试验时，有必要规定升压的速度。

2.击穿电压与频率和波形的关系

绝缘油的交流击穿电压通常是随施加电压频率的增加而增加的，这也是杂质的作用。当油中杂质减少时，击穿电压与频率的关系也就不显著了。这是由于试验频率越高，油的游离现象就会减弱，其击穿电压值就越高。不过当频率过高时，油的击穿电压反而会降低，这是因为当频率过高时，油的介质损耗值的无功部分增加而造成热击穿。

油的击穿电压与电压波形的关系也与油中杂质的含量有关。在大多数情况下，当交流电压的波形畸变时，击穿电压取决于电压波的最大值而不是有效值。因此施加的电压为含有三次谐波的尖顶波时，得出的有效值表示的击穿电压就偏低，故试验电源可采用线电压以减少谐波的影响。

3.击穿电压与电极间隙的关系

在均匀电场下，击穿电压一般与电极的间隙成正比。只有当电极的间隙很小(≤1mm)时，才能获得均的电场，如电极间隙较大，即使在电极很大的情况下，也不能认为电场是均匀的。在不均匀电场中，击穿电压与间隙距离不成正比。因此，严格地说，在不同间隙距离下获得的击穿电压，即使换算到同样的间隙距离，也缺乏可比性所以油的击穿电压都是指在规定的间隙距离下的击穿电压值。

4.电极形状和材质对击穿电压的影响

电极的形状和材质对绝缘油击穿电压的大小也有一定的影响。从三种形式电极(球形、球盖形和平板形)比较试验，不论油样的击穿电压高低，都以球形电极的击穿电压值为最高，球盖形其次，平板形相对较低。当击穿电压值在30kV以下时，上述差别有缩减的趋势。击穿电压不仅与电极的形状有关，而且还与电极表面的尺寸有关。表面愈大，击穿电压愈低。这是因为油的击穿属于热击穿形式，当电极表面增大时，油的对流作用减弱，从而也就减弱了对油的冷却作用，使油的加热速度增加，击穿电压降低。此外，在电极的材质上，对于绝缘油，其击穿电压的顺序是:银、铜、金、铅、锡、铁，即在采用银质电极时，在相同的电极距离下，其击穿电压值为最高，铜次之，铁最一低，也就是说，热导系数大的材料制作的电极所得出的击穿电压高，这是符合绝缘油的热击穿理论的，因此在各种方法中都规定了电极的形状和材料。

5.温度对击穿电压的影响

影响绝缘油介电强度大小的主要因素是温度、水分及杂质，特别是含有杂质及水分的油，温度对介电强度的影响更为显著。

不含杂质并经干燥无水分的油，其介电强度主要靠油的中性粒子的不游离性，所以在一定电场强度及温度下它的离子质量还是比较大的。若温度继续上升(如超过70~80℃)，则油的内分子状况就要起很大的变化，而黏度显著减小，于是，由电场所引起的离子速度在油内毫不受阻拦地进行加速，从而扩大了离子碰撞游离的可能性使油发生击穿。如果油内含有水分和杂质，则温度对于油的击穿电压的影响就不同于纯净干燥的油品了。温度较低时，水分悬溶于油中呈乳浊状，在电场作用下，发生极性排序现象，在电场作用下的电子很容易沿着这种整齐排列的桥路，即相当于沿着乳浊体的体积电阻通过。所以温度较低时，其击穿电压值较小。当温度升高时，由于温度所造成的黏度值的减小，则水分乳浊体的活性变大，借助电场作用疏散于油的中性分子之中。由于此时温度所造成的黏度值还不是最小，所以疏散的水分子乳浊体在同一时间内参差不齐及借黏度的作用，就比较不易结成桥路。温度再继续升高，则水分子乳浊体的活性更大，其击穿电压值也随温度上升而增加。当温度继续上升，致使油的黏度达到极小值时(如温度超过70℃)，油的分子活性增加，水分乳浊体就很难借油的黏度阻力而逃脱电场的束缚，则又重新结成桥路，造成击穿。所以含有水分的油的击穿电压最大值对于温度的影响，比不含水分的油要低。