液体绝缘击穿理论

液体绝缘击穿理论

饶文彬

用以隔绝不同电位导电体的液体。又称绝缘油。它主要取代气体，

填充固体材料内部或极间的空隙，以提高其介电性能，并改进设备的

散热能力。例如，在油浸纸绝缘电力电缆中，它不仅显著地提高了绝

缘性能，还增强散热作用；在电容器中提高其介电性能，增大每单位

体积的储能量；在开关中除绝缘作用外，更主要起灭弧作用。

性能

液体绝缘材料均具有优良的电气性能，即击穿强度高,介质损耗

角正切(tanδ)小，绝缘电阻率高,相对介电常数ε

b

小（电容器中为

；其次是具有优良的物理和化学性能。如汽大）

了增大储能则要求ε

b

化温度高，闪点高,尽量难燃或不燃；凝固点低,合适的粘度和粘度－

温度特性；热导率大，比热容大；热稳定性好，耐氧化；在电场作用

下吸气性小；它和与之接触的固体材料之间的相容性要好；毒性低、

易生物降解。还要求来源广、价格低。开关油还要求在电弧作用下生

成的碳粒少、易分散、沉淀快。超高压变压器油则要求油的流动产生

的静电荷少。

采取精制处理清除油中的杂质和水分，可以提高油的绝缘性能。

常用的方法是用白土(Al

2322

O·mSiO·nHO)、硅胶或活性氧化铝等吸附

剂进行吸附精制，亦可用溶剂精制或电净化。为抑制绝缘油的老化，

应加强设备的散热，隔绝空气并添加抗氧剂。20世纪60年代初发展

的油中气体分析（气相色谱）技术，可对变压器进行异常监测与诊断，

以确保其安全运行。

分类

液体绝缘材料可按其极性分为弱极性、非极性、极性、强极性等

几类。弱极性和非极性液体绝缘材料（以矿物油为代表）的固有电偶

极矩小，相对介电常数ε

bb

约为2.2。ε随温度的升高略有下降,与电

介的温度系数和它的体积膨胀系数有相同数量级。

压的频率无关,ε

b

质损耗主要来自电导。由于极性小,不易吸附杂质,或吸附杂质后易于

精制，因此电导率γ和tanδ可较小。温度升高，载流子的活化能增

大,故γ和tanδ随温度升高而增大。tanδ与电压的频率成反比。极

性液体绝缘材料的固有电偶极矩大，故ε

b

较大，一般为3～7。强极

由于存在较大的本征离子电导,且易吸附更大。

性液体绝缘材料的ε

b

杂质,故γ和tanδ较大。由于存在偶极损耗,使tanδ和温度、电压

频率的关系出现峰值，使用中应注意避开峰值的温度和频率。纯净液

体的击穿主要是碰撞电离击穿和气泡击穿，因而密度大的液体击穿强

度较高；升温使密度减小，击穿强度降低；减薄油层可提高击穿强度；

随着电压作用时间的减少与环境压力的提高，击穿电压提高。工程液

体绝缘材料因含气、水和杂质，在电场作用下易形成跨越电极间的汽

泡(气桥)、水泡(水桥)、杂质(杂质桥)，从而使击穿电压降低。祛气、

脱水、滤除杂质可以提高绝缘油的击穿场强。处理完善的绝缘油,在

标准电极(电极直径为25毫米，极间距离为2.5毫米,电极边缘曲率

半径为2毫米)中击穿电压约为35～70千伏。

液体绝缘材料按材料来源可分为矿物绝缘油、合成绝缘油和植物油 3

大类。工程技术上最早使用的是植物油，如蓖麻油、大豆油、菜籽油

等，至今仍在使用。蓖麻油是优良的脉冲电容器的浸渍剂，与菜籽油

一样，都可用于金属化电容器。为满足各种电工设备的不同要求，又

开发了多种类型的合成绝缘油，并得到广泛应用，如供高温下使用的

硅油以及十二烷基苯、聚丁烯油等。但工程上使用最多的仍然是矿物

绝缘油。