【正文】 液體電介質(zhì)擊穿機(jī)理不同：電擊穿理論 氣泡擊穿理論 小橋擊穿理論16) 純凈液體電介質(zhì)的電擊穿理論216。 液體中因強(qiáng)場發(fā)射等原因產(chǎn)生的電子，在電場中被加速，與液體分子發(fā)生 碰撞電離216。 在極不均勻電場中變壓器油的擊穿過程，首先在尖電極附近開始電離，有一個(gè)電離開始階段，然后是流注發(fā)展階段，流注是分級地向另一電極發(fā)展，后一級在前一級通道的基礎(chǔ)上發(fā)展，放電通道會出現(xiàn)分枝，最后流注通道貫通整個(gè)間隙，即貫通間隙的階段與長空氣間隙的放電過程很相似 17) 純凈液體電介質(zhì)的氣泡擊穿理論機(jī)理：串聯(lián)介質(zhì)中，場強(qiáng)的分布與介質(zhì)的介電常數(shù)成反比。氣泡er=1，小于液體的er ，承擔(dān)比液體更高的場強(qiáng)，而氣體耐電強(qiáng)度卻低，因此，氣泡先行電離。當(dāng)電離的氣泡在電場中堆積成氣體通道，擊穿在此通道內(nèi)發(fā)生。各種原因產(chǎn)生氣泡：216。 電子電流加熱液體，分解出氣體；216。 電子碰撞液體分子，使之解離產(chǎn)出氣體；216。 靜電斥力，電極表面吸附的氣泡表面積累電荷，當(dāng)靜電斥力大于液體表面張力時(shí)，氣泡體積變大；216。 電極凸起處的電暈引起液體氣化。18) 非純凈液體電介質(zhì)的小橋擊穿理論機(jī)理：液體中的雜質(zhì)在電場力的作用下，在電場方向定向，并逐漸沿電力線方向排列成雜質(zhì)的“小橋”，由于水和纖維的介電常數(shù)分別為81和6 — 7， — ，從而這些雜質(zhì)容易極化并在電場方向定向排列成“小橋”；當(dāng)“小橋”貫通兩電極時(shí)，沿“小橋”出現(xiàn)較大的泄漏電流；泄漏電流逐漸加熱“小橋”通道，使水分汽化、液體分解產(chǎn)生氣體，在小橋周圍形成一連串氣泡；由于氣泡中的場強(qiáng)大于液體中場點(diǎn)，而氣體通常較液體容易擊穿，導(dǎo)致氣泡電離擊穿；最終導(dǎo)致兩電極之間擊穿。 （a) 形成“小橋” (b)未形成“小橋”圖8－1 受潮纖維在電極間定向示意圖27. 影響液體電介質(zhì)擊穿電壓的因素 1) 液體介質(zhì)本生品質(zhì)的影響216。 含水量液態(tài)水在油中的兩種狀態(tài)： 以分子狀態(tài)溶解于油中 以乳化狀態(tài)懸浮在油中隨著溫度的變化而相互轉(zhuǎn)化： 0~80 oc 圖82變壓器油的工頻擊穿電壓和含水量的關(guān)系%的水分，油的擊穿電壓降到干燥時(shí)的15%~30% 216。 含纖維量在電場的作用下，纖維形成“小橋”，使油的擊穿電壓降低；有很強(qiáng)的吸附水分的能力，聯(lián)合作用使擊穿電壓降低更為嚴(yán)重。216。 含碳量碳粒的產(chǎn)生：電弧碳粒對油耐電強(qiáng)度作用的兩個(gè)方面： 碳粒具有較好的導(dǎo)電，局部場強(qiáng)增加，擊穿電壓降低； 活性碳粒有很強(qiáng)的吸附水分和氣體的能力。216。 含氣量溶解在油中氣體影響較小，黏度和耐電強(qiáng)度稍降。油吸收、溶解一定量的氣體：與溫度、壓力和化學(xué)成分。所溶氣體的來源：直接、分解、電解油中氣體析出后的危害：一是成為氣泡，導(dǎo)致局部放電，使油老化，降低擊穿電壓；二是與油分子發(fā)生化學(xué)結(jié)合，氧化，加速老化。2) 電壓作用時(shí)間圖83 稍不均勻電場中油的伏秒特性曲線(虛線表示未經(jīng)研究過的區(qū)域) 作用時(shí)間小于毫秒級：電擊穿性質(zhì)，規(guī)律與氣體的伏秒特性相似。作用時(shí)間超過臨界值：熱擊穿性質(zhì)，顯著下降后，達(dá)到穩(wěn)定值，油的沖擊系數(shù)大。從以上沖擊伏秒特性可知：216。 油中雜質(zhì)聚集到電極間及介質(zhì)的發(fā)熱都需要時(shí)間，所以油間隙擊穿電壓會隨加壓時(shí)間的增加而下降216。 油不太臟時(shí)，1分鐘下的電氣強(qiáng)度和較長時(shí)間的電氣強(qiáng)度相差不大。耐壓試驗(yàn)通常只加電壓1分鐘3) 電場均勻程度216。 油的純凈程度較高時(shí) 改善電場的均勻程度能使工頻或直流電壓下的擊穿電壓明顯提高；216。 油的品質(zhì)較差時(shí) 由于雜質(zhì)的聚集和排列已使電場畸變，改善電場，擊穿電壓提高不明顯；但含雜質(zhì)的油受沖擊電壓作用，改善電場均勻程度能提高擊穿電壓216。 液體電介質(zhì)擊穿電壓的分散性和電場的均勻程度有關(guān)： 工頻擊穿電壓的分散性在極不均勻電場中不超過5％，而在均勻電場中可達(dá)30~40％ 4) 溫度圖84 較均勻電場油工頻擊穿電壓與溫度的關(guān)系1：干燥的油 2：受潮的油工頻電壓作用下：216。 較均勻電場：水的狀態(tài)與溫度有關(guān)，擊穿電壓變化復(fù)雜，圖84所示。 固態(tài)：介電常數(shù)與油接近 液態(tài)：懸浮狀、溶解狀 氣態(tài)：216。 極不均勻電場：電離及擾動使“電橋”不易形成，對擊穿電壓影響很小。工頻電壓作用下，電場、品質(zhì)：擊穿電壓受溫度影響很小5) 壓力圖85 變壓器油（工程電介質(zhì)）工頻擊穿電壓與壓力的關(guān)系 工頻電壓提高的原因： 油中氣體的狀態(tài)與壓力有關(guān)，壓力增大，氣體在油中的溶解量增大 氣泡的放電起始電壓也提高升高程度不及氣隙28. 提高液體電介質(zhì)擊穿電壓的方法1) 提高以及保持油的品質(zhì)216。 過濾：除去纖維、水分、有機(jī)酸。216。 防潮：制造、檢修。216。 祛氣：除去水分和氣體。216。 防塵：2) 覆蓋層216。 材料： 1mm的固體絕緣薄層。漆膜、膠紙帶、漆布帶。216。 作用機(jī)理：阻礙雜質(zhì)小橋中熱擊穿的發(fā)展。216。 適用情況：油品質(zhì)越差，電場越均勻，電壓作用時(shí)間越長，則覆蓋層的效果 越顯著。3) 絕緣層216。 材料： 厚可達(dá)幾十毫米的固體絕緣層。216。 作用機(jī)理：覆在曲率半徑較小的電極上，降低這部分空間的場強(qiáng)，且固體絕緣層的耐電強(qiáng)度也較高，不易造成局部放電。216。 適用情況：不均勻電場中（變壓器高壓引線和屏蔽環(huán)、沖油套管的導(dǎo)電桿包有絕緣層）。4) 極間障216。 材料： 厚度為2~7mm的固體絕緣板，紙板、膠紙、膠布層壓板。216。 作用機(jī)理：能機(jī)械地阻隔雜質(zhì)小橋改善電場分布。216。 適用情況：不均勻電場中效果顯著較均勻電場中也有效果。五、 采用的教學(xué)方法和手段教學(xué)方法：《講述法》教學(xué)手段：《投影》167。第 9 講 《電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)（1）》一、 教學(xué)目標(biāo)28. 理解絕緣預(yù)防性試驗(yàn)的意義；29. 掌握絕緣電阻和泄漏電流的測量原理和方法；30. 介質(zhì)損耗角正切的測量原理、方法和抗干擾措施；二、 教學(xué)重點(diǎn)各種絕緣預(yù)防性試驗(yàn)的原理和方法。三、 教學(xué)難點(diǎn)測試中的抗干擾措施。四、 教學(xué)內(nèi)容和要點(diǎn)29. 電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)分類19) 按照對設(shè)備造成的影響程度分類（兩類）216。 檢查性試驗(yàn)(非破壞性試驗(yàn))，亦稱絕緣特性試驗(yàn)：在較低電壓下或用其它 不會損傷絕緣的方法測量絕緣的各種情況，從而判斷絕緣內(nèi)部的缺陷 包含的種類：絕緣電阻試驗(yàn)、介質(zhì)損耗角正切試驗(yàn)、局部放電試驗(yàn)、絕緣油的氣相色譜分析等。 216。 破壞性試驗(yàn)，即耐壓試驗(yàn)：以高于設(shè)備的正常運(yùn)行電壓來考核設(shè)備的電壓耐受能力和絕緣水平。耐壓試驗(yàn)對絕緣的考驗(yàn)嚴(yán)格，能保證絕緣具有一定的絕緣水平或裕度；缺點(diǎn)可能在試驗(yàn)時(shí)給絕緣造成一定的損傷。 包含的種類：交流耐壓試驗(yàn)、直流耐壓試驗(yàn)、雷電沖擊耐壓試驗(yàn)及操作沖擊耐壓試驗(yàn)。20) 按照設(shè)備是否帶電的方式分類（兩類）216。 離線：在離線的監(jiān)測和診斷時(shí)，要求被試設(shè)備退出運(yùn)行狀態(tài)，通常是周期性間斷地施行，試驗(yàn)周期由電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程（DL/T 596）規(guī)定。 特點(diǎn)：可采用破壞性試驗(yàn)和非破壞性試驗(yàn)兩種方式，兩種方式是相輔相成的。耐壓試驗(yàn)往往是在非破壞性試驗(yàn)之后才進(jìn)行。缺點(diǎn)是對絕緣耐壓水平的判斷比較間接，尤其對于周期性的離線試驗(yàn)更不易判斷準(zhǔn)確。216。 在線：在線監(jiān)測則是在被試設(shè)備處于帶電運(yùn)行的條件下，對設(shè)備的絕緣狀況進(jìn)行連續(xù)或定時(shí)的監(jiān)測，通常是自動進(jìn)行的 特點(diǎn)：只能采用非破壞性試驗(yàn)方式。由于可連續(xù)監(jiān)測，除測定絕緣特性的數(shù)值外，還可分析特性隨時(shí)間的變化趨勢，從而顯著提高了其判斷的準(zhǔn)確性。 絕緣預(yù)防性試驗(yàn)概念：為了對絕緣狀態(tài)作出判斷，需對絕緣進(jìn)行各種試驗(yàn)和監(jiān)測，通稱為絕緣預(yù)防性試驗(yàn)。30. 絕緣電阻和泄漏電流的測量1) 測量絕緣電阻與吸收比的工作原理雙層介質(zhì)模型的電流－時(shí)間特性 圖91 雙層介質(zhì)等值電路圖 圖92 吸收和泄漏電流及絕緣電阻的變化曲線 （91） （92） （93）定義吸收比K ：加壓60秒時(shí)的絕緣電阻與15秒時(shí)電阻之比值： （94）定義極化指數(shù)P ：為加壓10分鐘時(shí)的絕緣電阻與1分鐘時(shí)電阻之比值絕緣狀態(tài)的判定：若絕緣內(nèi)部有集中性導(dǎo)電通道，或絕緣嚴(yán)重受潮，則電阻R1 、R2會顯著降低，泄漏電流大大增加，時(shí)間常數(shù)t 大為減小，吸收電流迅速衰減。即使絕緣部分受潮，只要R1與R2中的一個(gè)數(shù)值降低，t 值也會大為減小，吸收電流仍會迅速衰減，仍可造成吸收比K（及極化指數(shù)P，下同）的下降。當(dāng)K=1或接近于1，則設(shè)備基本喪失絕緣能力。 圖93 不同絕緣狀態(tài)下的絕緣電阻的變化曲線電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程等規(guī)定：216。 電力變壓器及大型發(fā)電機(jī)凡采用瀝青浸膠及烘卷云母絕緣者：，P ；216。 大型發(fā)電機(jī)采用環(huán)氧粉云母者：，P ；發(fā)電機(jī)容量在200MW及以上，推薦測量。2) 測量絕緣電阻與吸收比的方法測量儀表216。 兆歐表： 為了測準(zhǔn)吸收比，需用靈敏度足夠高的?，F(xiàn)場仍較多采用帶有手搖直流發(fā)電機(jī)的兆歐表，俗稱搖表；兆歐表的電壓：500、1000、2500、5000V等兆歐表選擇：根據(jù)設(shè)備電壓等級的不同，選用不同電壓的兆歐表。例：額定電壓1kV及以下者使用1000V兆歐表；1kV以上者使用2500V兆歐表。216。 晶體管兆歐表：采用電池供電，晶體管振蕩器產(chǎn)生交變電壓，經(jīng)變壓器升壓及倍壓整流后輸出直流電壓。兆歐表的原理結(jié)構(gòu) 圖94 兆歐表的原理結(jié)構(gòu)圖 圖95用兆歐表測電纜絕緣電阻的接線圖1－鉛鎧外皮 2－絕緣 3－導(dǎo)芯 3) 泄漏電流的測量微安表直讀法（兩種接法）圖96 測量電力變壓器主絕緣泄漏電流的接線 T1：調(diào)壓器； T2：高壓試驗(yàn)變壓器； D：高壓硅堆 R：保護(hù)電阻； C：濾波電容； T：被試變壓器31. 介質(zhì)損耗角正切的測量6) 西林電橋的基本原理圖97 西林電橋的基本回路216。 高壓臂：代表試品( Cx 、Rx ）的Z1；無損耗的標(biāo)準(zhǔn)電容C0，它以阻抗Z2作為代表；216。 低壓臂：處在橋箱體內(nèi)的可調(diào)無感電阻R3，以Z3來代表；無感電阻R4和可調(diào)電容C4的并聯(lián)，以Z4來代表；216。 保護(hù)：放電管 P；216。 電橋平衡：檢流計(jì)G 檢零；216。 屏蔽：消除雜散電容的影響： 高壓引線與低壓臂之間有電場的影響，可以看作其間有雜散電容Cs。由于低壓臂的電位很低，Cx和C0的電容量很小，如C0一般只有50~100pF，雜散電容Cs的引入，會產(chǎn)生測量誤差。若附近另有高壓源，其間的雜散電容Cs1會引入干擾電流iS，也會造成測量誤差。 所以需要屏蔽，消除雜散電容的影響。電橋的平衡條件： （95） 串聯(lián)等值回路 （96） （97） 并聯(lián)等值回路 （98） Cx：因?yàn)閠g2d 極小，故兩種等值電路的Cx 相等7) 存在外界電磁場干擾時(shí)的測量現(xiàn)場的試品：難以實(shí)現(xiàn)屏蔽，故干擾較嚴(yán)重。兩次測量法：第一次測得tgd1和Cx162。，然后倒換試驗(yàn)變壓器原邊電源線的兩頭(試驗(yàn)電壓U的相位轉(zhuǎn)180176。)，測得第二次的數(shù)值tgd2和Cx178。，可用下式計(jì)算得準(zhǔn)確的tgd和Cx值： （99）磁場干擾時(shí)介損的測量檢流計(jì)正反接抗磁場干擾的原理：設(shè)無磁干擾時(shí)，兩個(gè)測量臂的數(shù)值分別為R3和C4；設(shè)存在磁干擾時(shí)，兩個(gè)測量臂的數(shù)值分別為(R3+DR3)和(C4+DC4)；把檢流計(jì)和電橋兩臂相接的兩端倒換一下，兩個(gè)測量臂的數(shù)值將分別為 (R3DR3)和(C4 DC4) 當(dāng)檢流計(jì)正接時(shí)測得： （910） 當(dāng)檢流計(jì)反接時(shí)測得： （911）因無磁場干擾時(shí)： （912）故可得： （913）五、 采用的教學(xué)方法和手段教學(xué)方法：《講述法》教學(xué)手段：《投影》167。第 10 講 《電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)（2）》一、 教學(xué)目標(biāo)31. 理解絕緣耐壓試驗(yàn)的意義；32. 掌握交流耐壓、直流耐壓、 雷電沖擊耐壓和操作沖擊耐壓試驗(yàn)實(shí)施的方法；33. 掌握沖擊電壓發(fā)生器的工作原理。二、 教學(xué)重點(diǎn)各種耐壓試驗(yàn)的實(shí)施方法；沖擊電壓發(fā)生器的工作原理。三、 教學(xué)難點(diǎn)沖擊電壓發(fā)生器的同步、決定沖擊波形的主要參數(shù)。四、 教學(xué)內(nèi)容和要點(diǎn)32. 交流耐壓試驗(yàn)是交流設(shè)備的基本耐壓方式。適用于≤220kV以下的電力設(shè)備。 以變壓器為例，如圖101所示：圖101 交流耐壓試驗(yàn)接線圖交流耐壓試驗(yàn)實(shí)施辦法電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程（DL/T 596）已對各類設(shè)備的耐壓值作出了規(guī)定。以電力變壓器為例，當(dāng)大修而全部更換繞組后，按出廠試驗(yàn)電壓值進(jìn)行試驗(yàn)。在其它情況下，它們的耐壓值取出廠試驗(yàn)電壓的85％。規(guī)程給出了電力變壓器的交流工頻耐壓值如表101所示 表101 電力變壓器交流試驗(yàn)電壓值括號內(nèi)數(shù)值適用于不固定接地或經(jīng)小電抗接地系統(tǒng) 額定電壓kV最高工作電壓kV線端交流試驗(yàn)電壓