变压器油的击穿电压
高电压技术：3.3 固体电介质的击穿
（2）热击穿的理论分析
– 电介质发热曲线1,2,3对应于电压U 1＞U 2＞U 3 – 直线4表示固体介质中最高温度大于周围环境温度t0时,散
出的热量Q与介质中最高温度tm的关系 – 曲线1: 发热永远大于散热,介质温度t不断升高,在U1下最终
发生热击穿. – 曲线3:
t≤ta时,不发生热击穿,介质温度升高最终稳定到ta,ta称为稳 定热平衡点; t>tb时,类似曲线1,发生热击穿; t=tb时,发热=散热,介质温度不上升,但是一旦稍有扰动,温度 升高,则介质升温直至热击穿,tb称为不稳定热平衡点; ta<t<tb,不发生热击穿,介质温度最终将稳定在ta. – 曲线2与直线4相切,U2为临界击穿电压,tk为临界击穿温度.
发生碰撞电离，破坏了固体介质的晶格结构，使电导增 大而导致击穿。
（2）、电击穿理论的分类
➢以碰撞电离开始作为击穿判据。称这类理论为碰撞电离理 论，或称本征电击穿理论。 ➢以碰撞电离开始后，电子数倍增到一定数值，足以破坏电 介质结构作为击穿判据。称这类理论为雪崩击穿理论。
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• 本征击穿理论：在某一场强值内，电场作用下单位 时间内电子获得的能量和电子碰撞损失的能量平衡， 当场强增加到使平衡破坏时，碰撞电离过程便立即 发生
• 电子崩击穿理论：当上述平衡破坏后， 电子整体 上得到加速，与晶格产生碰撞电离，反复碰撞形成 电子崩，电场作用下给电子注入能量激增，导致介 质结构 破坏，称之为电子崩击穿理论
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（3）特点：
a.击穿场强高（5—15MV/cm）； b.电压作用时间短，作用时间越短，击穿电压越高， b.电介质发热不显著，击穿电压与环境温度无关； c.电场均匀程度对击穿电压有显著影响。
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• 表面漏电起痕与电蚀损
变压器油质的检测
变压器油质的检测1、油质检测的内容1）取样。
首先应保证取油样的器具必须清洁、干燥。
清洗方法要严格按取样方法标准中有关规定执行。
取样前要将储油容器的取样口认真擦洗干净，取样时，应利用初取样之油将器具冲洗一遍。
开始取样，要放掉采样死区的油，整个取样过程，要防止油样受外界污染，防止空气、水分侵入，油样要避光保存。
取样时，要排净取样器具内的残余空气，油样进入取样器时要防止产生气泡。
油样采集后应及时试验，若不能及时试验，油样要密封避光保存；油中溶解气体分析油样不得超过四天，水分测定油样不得超过十天。
容器内油面要留有一定的空隙，油受热有膨胀的余地。
在运送过程中，要防止油样摇幌。
2）外观检测。
用目测，将油样置于100mL量筒内，在20±5℃下观察，油样呈透明，无悬浮和机械杂质为合格；纯净的变压器油应是淡黄而略带微蓝色，清澈、透明、无可见的悬浮物和机械杂质等任何异物。
若油存在弥散状态水分时，将失去应有的透明度，颜色也会由黄变白。
油若老化，随着老化的程度不同，油逐渐变深、变暗。
逐渐失去透明，以致出现絮状物和油泥。
3）理化性能的检测⑴酸值与水溶性酸。
新油几乎不含酸性物质，其酸值常为0；PH值在6~7之间。
运行中的变压器油的酸值要求≤0.1;水溶性酸PH值要求≥4.2。
长期贮存的、特别是长期运行的变压器油，由于吸收了空气中的氧，并与之化合而产生各种有机酸和酚类以及胶状油泥，这些酸性物质会提高油的导电性，降低油的绝缘性能，在高温运行条件下还会促使纤维材料老化，缩短变压器的使用寿命。
⑵闪点。
闪点降低，表示油中有挥发性可燃物质产生，这些低分子碳氢化合物，是局部放电等故障造成过热，油在高温下裂解生成的。
测定油的闪点，还可发现油中是否混入轻质馏份的油品，预试规程中规定变压器油的闪点≥135℃。
但运中的油闪点已不作常规检验项目。
⑶水分。
变压器有一定的亲水性。
它会从空气中汲收水分，而油中水分含量是影响绝缘性能的重要因素。
研究变压器油击穿电压实验问题
研究变压器油击穿电压实验问题发表时间：2018-06-25T16:17:29.043Z 来源：《电力设备》2018年第6期作者：孙军红邱世林[导读] 摘要：为了获得换流变压器中变压器油在极性反转电压下的击穿特性，使用一种三电极模型，在不同间隙和温度下，对变压器油隙进行了极性反转电压击穿实验研究。
(国网山东省电力公司莱州市供电公司山东莱州 261411) 摘要：为了获得换流变压器中变压器油在极性反转电压下的击穿特性，使用一种三电极模型，在不同间隙和温度下，对变压器油隙进行了极性反转电压击穿实验研究。
本文针对传统液体电导理论不能对实验结果进行解释的问题，提出一种离子运动模型，分析了反转电压下电流和电场变化，得到的电流和电场畸变引起击穿的特点与实验结果相一致，证明了该模型的正确性。
关键词：变压器；油击穿；电压实验；问题在交流电场下，变压器油纸绝缘电压一般按照电容分布；直流电压下，一般按照电阻分布。
在极性反转电压下，既有长时间的直流电压维持，又有极性反转的过程，因此，电压分布关系要相对复杂。
有必要对变压器绝缘在该电压下的击穿特性和击穿机理进行深入研究。
1实验方法1.1实验模型实验模型如图1所示，包括高压电极、低压电极、屏蔽电极和绝缘支撑。
高低压电极的直径为90mm，导角的半径为15 mm，高度为50mm。
屏蔽与低压电极间隙为2mm，高度为20mm避免了绝缘支架漏电流对电流测量的影响。
电流测量在低压电极与屏蔽之间通过屏蔽电缆引出来获得。
实验模型放置在一个绝缘筒油箱中，其中充满被实验的变压器油，高低压电极之间的油隙为试样。
1. 2实验装置实验装置如图2所示，包括正极性直流高压发生器、负极性直流高压发生器、保护电阻、烘箱、实验模型和微安表。
极性反转靠正负极性直流高压发生器之间的转换开关控制。
1. 3实验过程变压器油试品首先经过脱水、脱气处理，使含水量小于l0ppm，交流击穿电压大于60kV ，90℃时介质损耗小于0.4%，可以看成工程纯净变压器油。
电气试验14
电气试验141、受潮的变压器油其击穿电压与温度的关系为随温度增大而升高。
正确答案： B2、虽然电场不均匀,但还不能维持稳定的电晕放电,一旦达到自持,必然会导致整个间隙立即击穿的电场称为稍不均匀电场。
正确答案： A3、 IEC和我国国家标准规定,操作冲击电压波形的半峰值时间为T2=50μs,容许偏差+20%。
正确答案： B4、由于变压器油中杂质的聚集,“小桥”的形成需要一定时间,因此油间隙的击穿电压短时间内随电压作用时间的延长而升高。
正确答案： B5、固体电介质发生击穿后,经过一段时间绝缘性能可以重新恢复。
正确答案： B6、在均匀电场中,直流击穿电压与工频击穿电压的幅值接近相等。
正确答案： A7、具有永久性的偶极子的电介质称为极性电介质。
正确答案： A8、对于施加在间隙上的冲击电压,其击穿时的电压数值均相等。
正确答案： B9、 SF6气体具有优良的灭弧性能,其灭弧性能比空气强2.3~3倍。
正确答案： B10、在外电场的作用下,电介质的极化是由电子位移形成的称为离子式极化。
正确答案： B11、在套管法兰附近加大直径,主要目的是减小体积电容,提高沿面放电电压。
正确答案： A12、在不均匀电场中,直流击穿电压与工频击穿电压的幅值接近相等。
正确答案： B13、在电场作用下,变压器油的击穿过程可以用“小桥”理论来解释。
正确答案： A14、对均匀电场,气隙中各处电场强度相等。
正确答案： A15、通过手摇(或电动)直流发电机或交流发电机经倍压整流后输出直流电压作为电源的绝缘电阻表机型称为发电机型。
正确答案： A16、 ZC-7型绝缘电阻表由手摇小发电机和比率型磁电系测量机构两部分组成。
正确答案： A17、测量100-500V的电气设备绝缘电阻,应选用电压等级为500V、量程为100MΩ及以上的绝缘电阻表。
正确答案： A18、绝缘电阻的单位是安。
正确答案： B19、测量电气设备的绝缘电阻一般使用万用表。
正确答案： B20、绝缘电阻表用来测量电气设备的绝缘电阻。
最新变压器油标准
最新变压器油标准
（一）新变压器油技术要求
国产新变压器油应按GB 2536——90或SH 0040——91标准验收。
1.GB 2536——90新变压器油技术要求（见表3-1-3）（电压等级小于等于220KV）
量为无。
2）以新疆原油和大港原油生产的变压器油测定凝点和倾点时，允许用定性滤纸过滤。
倾点指标，根据生产和实际使用实际经与用户协商，可不受本标准限制。
3）氧化安定性为保证项目，每年至少测定一次。
4）击穿电压为保证项目，每年至少测定一次。
用户使用前必须进行过滤并重新测定。
5）测定击穿电压允许用定性滤纸过滤。
2.SH 0040-91超高压变压器新油技术要求（见表3-1-4）（电压等级大于等于330KV）
测定机械杂质含量为无。
2）以新疆原油和大港原油生产的超高压变压器油测定倾点和凝点时，允许用定性滤纸过滤。
3）氧化安定性为保证项目，每年至少测定一次。
4）测定击穿电压时允许用定性滤级过滤。
5）析气性为保证项目,每年至少测定一次。
(完整版)变压器油的击穿电压
变压器油的击穿电压将电压施加于绝缘油时，随着电压增加，通过油的电流剧增，使之完全丧失所固有的绝缘性能而变成导体，这种现象称为绝缘油的击穿。
绝缘油发生击穿时的临界电压值，称为击穿电压，此时的电场强度，称为油的绝缘强度，表明绝缘油抵抗电场的能力。
击穿电压U (kV)和绝缘强度E (kV/cm)的关系为E=U/d (2-26)式中d-电极间距离(cm)。
纯净绝缘油与通常含有杂质的绝缘油具有不同的击穿机理。
前者的击穿是由于游离所引起，可用气体电介质击穿的机理来解释，即在高电场强度下，油分子碰撞游离成正离子和电子，进而形成了电子崩。
电子崩向阳极发展，而积累的正电荷则聚集在阴极附近，最后形成一个具有高电导的通道，导致绝缘油的击穿。
通常绝缘油总是或多或少含有杂质，在这种情况下，杂质是造成绝缘油击穿的主要原因。
油中水滴、纤维和其他机械杂质的介电系数ε比油的要大得多（纤维的ε=7，水的ε=80，而变压器油的ε≈2.3），因此在电场作用下，杂质将被吸引到电场强度较大的区域，在电极间构成杂质“小桥”，从而使油的击穿强度降低。
如杂质足够多，则还能构成贯通电极间隙的“小桥”，流过较大的泄漏电流，使之强烈发热，并使油和水局部沸腾和气化，结果击穿就沿此“气桥”而发生。
下面分别分析影响绝缘油击穿电压的各主要因素。
(1)测量绝缘油击穿强度时采用的电极材料、电极形状和电极面积对油的绝缘强度有影响。
根据试验数据得知，在同样的试验条件下，不同电极材料测量的同种油样绝缘强度的排列顺序为Fe<黄铜<Pb<Cu<Al<Au<Zn<Ag，即采用铁电极测得值最低，而采用银电极的测得值最高。
若按金属的导热性排序，则可得到排列顺序为Pb<Fe<黄铜<Zn<Al<Au<Cu<Ag。
可以看出，除个别例外，大体上绝缘强度是随电极金属导热性增加而提高的。
通常是用黄铜而不是用紫铜来制造电极，因为紫铜容易在表面上生成一层氧化膜；而在变压器中实际采用的材料却是纯铜（紫铜），而不是黄铜（铜锌合金）。
变压器油的试验项目和要求
变压器油的试验项目和要求绝缘油和六氟化硫气体变压器油的试验项目和要求13.1.1 新变压器油的验收，应按GB2536或SH0040的规定。
13.1.2 运行中变压器油的试验项目和要求见表36，试验周期如下：a)300kV和500kV变压器、电抗器油，试验周期为1年的项目有序号1、2、3、5、6、7、8、9、10；b)66～220kV变压器、电抗器和1000kVA及以上所、厂用变压器油，试验周期为1年的项目有序号1、2、3、6，必要时试验的项目有5、8、9；c)35kV及以下变压器油试验周期为3年的项目有序号6；d)新变压器、电抗器投运前、大修后油试验项目有序号1、2、3、4、5、6、7、8、9(对330、500kV的设备增加序号10)；e)互感器、套管油的试验结合油中溶解气体色谱分析试验进行，项目按第7、9章有关规定；f)序号11项目在必要时进行。
13.1.3 设备和运行条件的不同，会导致油质老化速度不同，当主要设备用油的pH值接近4.4或颜色骤然变深，其它指标接近允许值或不合格时，应缩短试验周期，增加试验项目，必要时采取处理措施。
表 36 变压器油的试验项目和要求序号项目要求说明投入运行前的油运行油1外观透明、无杂质或悬浮物将油样注入试管中冷却至5℃在光线充足的地方观察2水溶性酸pH值≥5.4≥4.2按GB7598进行试验3酸值mgKOH/g ≤0.03≤0.1按GB264或GB7599进行试验4闪点(闭口)℃≥140(10号、25号油)≥135(45号油)1)不应比左栏要求低5℃2)不应比上次测定值低5℃按GB261进行试验5水分mg/L66～110kV ≤20220kV ≤15330～500kV ≤1066～110kV ≤35220kV ≤25330～500kV ≤15运行中设备，测量时应注意温度的影响，尽量在顶层油温高于50℃时采样，按GB7600或GB7601进行试验6击穿电压kV15kV以下≥3015～35kV ≥3566～220kV ≥40330kV ≥5015kV以下≥2515～35kV ≥3066～220kV ≥35330kV ≥45500kV ≥50按GB/T507和DL/T429.9方法进行试验500kV ≥60 7界面张力(25℃) mN/m ≥35≥19按GB/T6541进行试验8tgδ(90℃)%330kV及以下≤1500kV ≤0.7300kV及以下≤4500kV ≤2按GB5654进行试验9体积电阻率(90℃)Ω·m ≥6×1010500kV≥1×1010330kV及以下≥3×109按DL/T421或GB5654进行试验10油中含气量(体积分数)% 330kV500kV) ≤1一般不大于3按DL/T423或DL/T450进行试验11油泥与沉淀物(质量分数)%—一般不大于0.02按GB/T511试验，若只测定油泥含量，试验最后采用乙醇—苯(1∶4)将油泥洗于恒重容器中，称重12油中溶解气体色谱分析变压器、电抗器见第6章互感器见第7章套管见第9章电力电缆见第11章取样、试验和判断方法分别按GB7597、SD304和GB7252的规定进行注：1.对全密封式设备如互感器，不易取样或补充油，应根据具体情况决定是否采样；2.有载调压开关用的变压器油的试验项目、周期和要求按制造厂规定。
变压器油的质量标准
一、新变压器油技术要求
国产新变压器油应按GB 2536——90或SH 0040——91标准验收。
1.GB 2536——90新变压器油技术要求（见表3-1-3）(≤330KV)
量为无。
2）以新疆原油和大港原油生产的变压器油测定凝点和倾点时，允许用定性滤纸过滤。
倾点指标，根据生产和实际使用实际经与用户协商，可不受本标准限制。
3）氧化安定性为保证项目，每年至少测定一次。
4）击穿电压为保证项目，每年至少测定一次。
用户使用前必须进行过滤并重新测定。
5）测定击穿电压允许用定性滤纸过滤。
2.SH 0040-91超高压变压器油技术要求（见表3-1-4）(≥500KV)
定机械杂质含量为无。
2）以新疆原油和大港原油生产的超高压变压器油测定倾点和凝点时，允许用定性滤纸过滤。
3）氧化安定性为保证项目，每年至少测定一次。
4）测定击穿电压时允许用定性滤级过滤。
5）析气性为保证项目,每年至少测定一次。
二、运行变压器油的质量标准。
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变压器油的击穿电压
将电压施加于绝缘油时，随着电压增加，通过油的电流剧增，使之完全丧失所固有的绝缘性能而变成导体，这种现象称为绝缘油的击穿。
绝缘油发生击穿时的临界电压值，称为击穿电压，此时的电场强度，称为油的绝缘强度，表明绝缘油抵抗电场的能力。
击穿电压U (kV)和绝缘强度E (kV/cm)的关系为
E=U/d (2-26)
式中d-电极间距离(cm)。
纯净绝缘油与通常含有杂质的绝缘油具有不同的击穿机理。
前者的击穿是由于游离所引起，可用气体电介质击穿的机理来解释，即在高电场强度下，油分子碰撞游离成正离子和电子，进而形成了电子崩。
电子崩向阳极发展，而积累的正电荷则聚集在阴极附近，最后形成一个具有高电导的通道，导致绝缘油的击穿。
通常绝缘油总是或多或少含有杂质，在这种情况下，杂质是造成绝缘油击穿的主要原因。
油中水滴、纤维和其他机械杂质的介电系数ε比油的要大得多（纤维的ε=7，水的ε=80，而变压器油的ε≈2.3），因此在电场作用下，杂质将被吸引到电场强度较大的区域，在电极间构成杂质“小桥”，从而使油的击穿强度降低。
如杂质足够多，则还能构成贯通电极间隙的“小桥”，流过较大的泄漏电流，使之强烈发热，并使油和水局部沸腾和气化，结果击穿就沿此“气桥”而发生。
下面分别分析影响绝缘油击穿电压的各主要因素。
(1)测量绝缘油击穿强度时采用的电极材料、电极形状和电极面积对油的绝缘强度有影响。
根据试验数据得知，在同样的试验条件下，不同电极材料测量的同种油样绝缘强度的排列顺序为Fe<黄铜<Pb<Cu<Al<Au<Zn<Ag，即采用铁电极测得值最低，而采用银电极的测得值最高。
若按金属的导热性排序，则可得到排列顺序为Pb<Fe<黄铜<Zn<Al<Au<Cu<Ag。
可以看出，除个别例外，大体上绝缘强度是随电极金属导热性增加而提高的。
通常是用黄铜而不是用紫铜来制造电极，因为紫铜容易在表面上生成一层氧化膜；而在变压器中实际采用的材料却是纯铜（紫铜），而不是黄铜（铜锌合金）。
研究这两种材料制造的标准电极测得的变压器油绝缘强度如表2-24所示。
可以看出，纯铜电极的测得值比黄铜电极的测得值高，二者相差不超过10%～15%。
因此可以说，采用黄铜电极比用纯铜电极的试验条件更严格。
表2-24 电极材料对油绝缘强度的影响
此外，电极形状、电极尺寸、电极之间的距离以及油杯的形状和容量都对击穿电压有影响。
研究表明，球形电极对油质最敏感；其次是平板式电极；而一种所谓“台阶式塔形电极”，由于建立起的电场极不均匀，所以几乎看不出油质污染对绝缘强度的影响。
圆盘电极边缘若不是圆弧而是存在
尖锐的棱角，则对绝缘强度有很大影响，这是由于油中极性杂质将被吸引到这些局部高场强的地方，从而减轻了油的不均匀性。
因此，电极边缘有棱角时，受潮油的绝缘强度总是比均匀电场时偏高。
当电极之间的距离足够小时，油的绝缘强度随电极面积的增加而减小，但是当电极间距离大于1mm时，这种依赖关系就不存在了。
电极间距离对油绝缘强度的影响如图2-43和图2-44所示。
电极间距离、电极形状和尺寸的影响实际上是电场均匀性的影响，因此电极和油杯的设计要保证电场的均匀性和油中杂质的均匀分布，而在油第一次击穿后所产生的残炭要有足够自净时间，不致影响同一油样后来的击穿电压测量。
(2)施加电压的频率和加压速度都对油的绝缘强度有影响。
表2-25列出了频率对油绝缘强度的影响。
随着油纯度的提高，其绝缘强度和频率之间的依赖关系逐渐减弱。
表2-25 频率对油绝缘强度的影响
随着施加电压的速度减缓，由于在电极之间的空间内吸引了大量的低沸点杂质，所以油的绝缘强度会有所降低。
各国采用的电极形式、尺寸和电极间距离有所不同，规定的升压速度也有区别。
在我国GB/T 507-2002《绝缘油击穿电压测定法》中对此有明确规定。
(3)油的绝缘强度和温度的关系取决于油的纯净程度。
充分干燥并脱气的油，在20～120℃温度范围内，油的绝缘强度几乎没有变化。
当油中含有水分时，则油的绝缘强度随温度的升高而增加，并在60～80℃达到最大值。
当温度继续升高时，油绝缘强度有所降低，如图2-45所示。
对此的解释是：随着温度升高，油中水分因蒸发而减少会全部或部分由悬浮态转变为溶解态，故绝缘强度增高。
当达到最大值后继续升高温度，油中水分和油的轻质成分气化形成气泡使绝缘强度降低。
1干燥的油；2-油+0. 01%水分（加热过程中测得的曲线）；3-油
+0.01%水分（在冷却过程中测得的曲线）；4-油+0.05%水分（加热过程中测得的曲线）；5-油+0.1%水分（在加热过程中测得的曲线）
图2-45 油的绝缘强度与温度的关系
(4)水分对油的绝缘强度有重要影响。
油是否易受潮与其化学成分和油中极性杂质的存在有关。
使油绝缘强度降低的主要原因是悬浊态水，分子溶解态水对油绝缘强度的影响要小得多。
油中水分对绝缘强度的影响如图2-46所示。
图2-46 在标准油杯中变压器油的工频击穿电压Ub和含水量的关系
(5)机械杂质（纤维等）和极性杂质对油绝缘强度存在影响。
由图2-47可知，各种油的绝缘强度随着受潮时间的延长而降低是很明显的。
纤维在吸潮后更容易在高场强下形成“小桥”，导致绝缘强度降低。
颗粒含量对油绝缘强度及含水量关系的影响，如图2-48所示。
图2-47空气湿度为98%时几种受潮油绝缘强度与受潮时间的关系
图2-48油的绝缘强度（击穿电压Uh）与含水量和悬浮颗粒含量的关系1-纯油；2-含1. 76mg炭；3-含0.21mg纤维；4-含1.12mg纤维极性物质对油的电导率和绝缘强度的影响取决于它们在油中的存在状态，大致具有如表2-26所示的规律。
表2-26 极性物质对油的电导率和绝缘强度的影响
(6)溶解气体对绝缘强度有很大影响，如表2-27所示。
湿度不同的空气对油绝缘强度的影响如表2-28所示。
未经深度脱气的绝缘油通常含有气泡，它会显著降低油的绝缘强度。
油中生成气泡的可能原因将在3.6节中阐述。
表2-27 溶解气体对油绝缘强度的影响
表2-28 湿度不同的空气对油绝缘强度的影响。