絕緣油火花放電的物理過程

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(gè)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(shí)會(huì)帶來渣滓，運(yùn)行過的油會(huì)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(shí)，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(huì)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(gè)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(gè)電極，見圖12－l（b）。這時(shí)，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(gè)氣體通道——“氣泡橋”，最后在比較低的電壓下，沿著這個(gè)“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(shí)，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。