低温液体介质击穿

科技工作者之家 2020-11-17

低温液体介质击穿是指在足够强的电场作用下,低温液体介质失去绝缘性能而变成导电状态。低温液体介质的击穿机理与常温下液体介质的击穿相似。

气泡形成在足够强的电场作用下,低温液体介质失去绝缘性能而变成导电状态。电工中使用的低温液体指温度低于100K的液化气体,主要有液氮液氢和液氦。低温液体是一种良好的绝缘介质。与变压器油相比,除液氦的击穿电压稍低外,液氢和液氮的击穿电压均高于变压器油,与一般常温下的液体介质相似。低温液体的击穿电压和一系列因素有关,如电极距离、温度、压力、电极材料和表面状态、液体中的杂质以及电压种类等1。

击穿机理低温液体介质的击穿机理与常温下液体介质的击穿相似。对纯净低温液体的击穿理论主要有电击穿理论和气泡击穿理论。电击穿理论和气体放电的汤森理论相似。从阴极发射的电子在电场中加速,和液体分子碰撞并使之电离,电子增加形成电子崩,最后导致击穿。气泡击穿理论是在强电场下,低温液体介质因电子加热等原因产生气泡,气泡内发生放电导致液体介质击穿。因为低温液体的蒸发潜热比一般液体要小,比较容易形成气泡。

实验结果实际工程上所采用的低温液体不可避免地含有杂质,而杂质的介电系数比低温液体介质的大,在外界电场作用下容易排列成“小桥”,而使击穿电压下降。试验表明,流动中的液氮的击穿电压比静止时高,这是因为流动阻止了杂质颗粒向高强场区集中,而不容易形成“小桥”2。

提高液体电介质击穿电压的方法
1.提高以及保持油的品质
采用过滤等手段消除液体中的杂质,并且防止液体与空气接触从空气中吸收水分。该方法能够避免形成杂质“小桥”,从而达到提高击穿电压的目的。
2.复盖层
在金属表面紧贴一层固体绝缘薄层,使“小桥”不能直接接触电板,从而在很大程度上减小了泄漏电流,阻断了“小桥”热击穿的发展。适用于油本身品质较差,电场较均匀、电压作用时间较长的情况。在变压器中常利用较薄的绝缘纸包裹高压引线和绕组导线。

3.绝缘层
在金属电极表面紧贴较厚的固体绝缘层。因该固体的介电常数大于液体介质,从而减小了电极附近的电场强度,防止电极附近局部放电的发生;适用于不均匀电场。在变压器中常在高压引线和屏蔽环包裹较厚的绝缘层。
4.屏障
是放置在电极间油隙中的固体绝缘板。它能机械地阻隔杂质“小桥”成串,而且能够在不均匀电场中起到聚集空间电荷、改善电场分布的作用。适用于均匀电场和不均匀电场中电压作用时间较长的情况。对于作用时间很短的冲击电压,则通过阻挡光子的传播来阻碍流注的发展,提高冲击击穿电压。在变压器中常利用绝缘板做成圆筒、圆环等形状,放置在铁芯与绕组、低压绕组与高压绕组之间,并且常放置多个,将油隙分成几个小油隙3。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学

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