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。例如，高度純凈的變壓器油具有很高的介電強度（可達106V/cm），常用的變壓器油在工頻下的介電強度為104～2×104V/cm，介電強度不同說明兩者放電機理有區別。純凈變壓器油的本征放電理論還不完善，很多研究者認為，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展的過程，所不同的是在變壓器油中引起電子崩的點火電子是用強電場從陰極表面拉出來的。拉出來的電子在液體中產生碰撞游離，從而導致整個間隙擊穿。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度，因而其介電強度較氣體的高。

　　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，如未脫氣的油中溶解有空氣，干燥不良的油中含有水分，容器不干凈時會帶來渣滓，運行過的油會因老化而產生一些聚合物（如臘狀物）。因此，研究工程用的變壓器油放電過程時，不能排除這些雜質的影響。

研究含有雜質的變壓器油的放電過程的理論很多，應用最廣泛的是“小橋”理論。“小橋”理論認為：工程用變壓器油放電的主要原因在于雜質的影響，雜質同水分、纖維質（主要是受潮的纖維）等構成。雜質的介電系數ε≈2.3），在電場中，雜質首先極化，被吸引向電場強度最強的地方，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“小橋” 如圖12－1所示。如果極間距離大，雜質少，只能形成斷續“小橋”，見圖12－l（a），而“小橋”的電導率y和介電系數。都比變壓器油大，由電工原理可知，由于“小橋” 的存在，會畸變油中的電場。因為纖維的介電系數大，使纖維端部處油中的電場加強，于是放電首先從這部分油中開始發展，油在高場強下電離而分解出氣體，使氣泡增大，電離又增強。而后逐漸發展，使整個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生。如果極間距離不大，雜質又足夠多，則“小橋”可能連通兩個電極，見圖12－l（b）。這時，由于“小橋”的電導較大，沿“小橋”流過很大電流（電流大小視電源容量而定），使“小橋”強烈發熱，“小橋” 中的水分和附近的油沸騰氣化，造成一個氣體通道——“氣泡橋”，最后在比較低的電壓下，沿著這個“氣泡橋”放電。如果纖維不受潮，則因“小橋” 的電導很小，對于油火花放電電壓的影響也比較小。這就是雜質弓l起變壓器油放電的基本過程。顯然，這種放電形式和“小橋” 的加熱過程有聯系，所以它是電和熱兩種因素聯合作用的結果。

　　應當指出，上述的過程只適用于穩態電壓（直流和工頻）和比較均勻的電場中。當沖擊電壓作用或電場極不均勻時，雜質不易形成“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作用了。