绝缘油火花放电的物理过程

研究表明，绝缘油的火花放电过程与其纯净程度有关。例如，高度纯净的变压器油具有很高的介电强度（可达106V/cm），常用的变压器油在工频下的介电强度为104～2×104V/cm，介电强度不同说明两者放电机理有区别。纯净变压器油的本征放电理论还不完善，很多研究者认为，这种油的放电过程主要是由电因素所引起的。也就是说，它的放电过程和气体放电过程相似，同样也是电子崩和流注的形成与发展的过程，所不同的是在变压器油中引起电子崩的点火电子是用强电场从阴极表面拉出来的。拉出来的电子在液体中产生碰撞游离，从而导致整个间隙击穿。而且由于变压器油中分子浓度比气体大得多，所以电子在变压器油中运行的自由行程就小得多，不易积累起足够的能量。要获得足够的能量就需要更高的电场强度，因而其介电强度较气体的高。

　　但是工程上用的变压器油往往不是十分纯净的，其中含有各式各样的杂质，如未脱气的油中溶解有空气，干燥不良的油中含有水分，容器不干净时会带来渣滓，运行过的油会因老化而产生一些聚合物（如腊状物）。因此，研究工程用的变压器油放电过程时，不能排除这些杂质的影响。

研究含有杂质的变压器油的放电过程的理论很多，应用最广泛的是“小桥”理论。“小桥”理论认为：工程用变压器油放电的主要原因在于杂质的影响，杂质同水分、纤维质（主要是受潮的纤维）等构成。杂质的介电系数ε≈2.3），在电场中，杂质首先极化，被吸引向电场强度最强的地方，即电极附近，并按电力线方向排列，于是在电极附近形成了杂质“小桥” 如图12－1所示。如果极间距离大，杂质少，只能形成断续“小桥”，见图12－l（a），而“小桥”的电导率y和介电系数。都比变压器油大，由电工原理可知，由于“小桥” 的存在，会畸变油中的电场。因为纤维的介电系数大，使纤维端部处油中的电场加强，于是放电首先从这部分油中开始发展，油在高场强下电离而分解出气体，使气泡增大，电离又增强。而后逐渐发展，使整个油间隙可能在气体通道中击穿，所以，火花放电就能在较低的电压下发生。如果极间距离不大，杂质又足够多，则“小桥”可能连通两个电极，见图12－l（b）。这时，由于“小桥”的电导较大，沿“小桥”流过很大电流（电流大小视电源容量而定），使“小桥”强烈发热，“小桥” 中的水分和附近的油沸腾气化，造成一个气体通道——“气泡桥”，最后在比较低的电压下，沿着这个“气泡桥”放电。如果纤维不受潮，则因“小桥” 的电导很小，对于油火花放电电压的影响也比较小。这就是杂质弓l起变压器油放电的基本过程。显然，这种放电形式和“小桥” 的加热过程有联系，所以它是电和热两种因素联合作用的结果。

　　应当指出，上述的过程只适用于稳态电压（直流和工频）和比较均匀的电场中。当冲击电压作用或电场极不均匀时，杂质不易形成“小桥”，它的作用只限于畸变电场，故其放电过程就可能主要由电的因素起主导作用了。