低溫液體介質擊穿

低溫液體介質擊穿是指在足夠強的電場作用下，低溫液體介質失去絕緣性能而變成導電狀態。低溫液體介質的擊穿機理與常溫下液體介質的擊穿相似。

基本介紹

• 中文名：低溫液體介質擊穿
• 外文名：Low temperature liquid medium breakdown
• 介質：低溫液體
• 條件：足夠強的電場作用
• 理論：與常溫下液體介質的擊穿相似

氣泡形成

在足夠強的電場作用下，低溫液體介質失去絕緣性能而變成導電狀態。電工中使用的低溫液體指溫度低於100K的液化氣體，主要有液氮液氫和液氦。低溫液體是一種良好的絕緣介質。與變壓器油相比，除液氦的擊穿電壓稍低外,液氫和液氮的擊穿電壓均高於變壓器油,與一般常溫下的液體介質相似。低溫液體的擊穿電壓和一系列因素有關，如電極距離、溫度、壓力、電極材料和表面狀態、液體中的雜質以及電壓種類等。

擊穿機理

低溫液體介質的擊穿機理與常溫下液體介質的擊穿相似。對純淨低溫液體的擊穿理論主要有電擊穿理論和氣泡擊穿理論。電擊穿理論和氣體放電的湯森理論相似。從陰極發射的電子在電場中加速，和液體分子碰撞並使之電離，電子增加形成電子崩，最後導致擊穿。氣泡擊穿理論是在強電場下，低溫液體介質因電子加熱等原因產生氣泡，氣泡內發生放電導致液體介質擊穿。因為低溫液體的蒸發潛熱比一般液體要小，比較容易形成氣泡。

實驗結果

實際工程上所採用的低溫液體不可避免地含有雜質，而雜質的介電係數比低溫液體介質的大，在外界電場作用下容易排列成“小橋”，而使擊穿電壓下降。試驗表明，流動中的液氮的擊穿電壓比靜止時高，這是因為流動阻止了雜質顆粒向高強場區集中，而不容易形成“小橋”。

提高液體電介質擊穿電壓的方法

1.提高以及保持油的品質
採用過濾等手段消除液體中的雜質，並且防止液體與空氣接觸從空氣中吸收水分。該方法能夠避免形成雜質“小橋”，從而達到提高擊穿電壓的目的。
2.復蓋層
在金屬表面緊貼一層固體絕緣薄層，使“小橋”不能直接接觸電板，從而在很大程度上減小了泄漏電流，阻斷了“小橋”熱擊穿的發展。適用於油本身品質較差，電場較均勻、電壓作用時間較長的情況。在變壓器中常利用較薄的絕緣紙包裹高壓引線和繞組導線。

3.絕緣層
在金屬電極表面緊貼較厚的固體絕緣層。因該固體的介電常數大於液體介質，從而減小了電極附近的電場強度，防止電極附近局部放電的發生;適用於不均勻電場。在變壓器中常在高壓引線和禁止環包裹較厚的絕緣層。
4.屏障
是放置在電極間油隙中的固體絕緣板。它能機械地阻隔雜質“小橋”成串，而且能夠在不均勻電場中起到聚集空間電荷、改善電場分布的作用。適用於均勻電場和不均勻電場中電壓作用時間較長的情況。對於作用時間很短的衝擊電壓，則通過阻擋光子的傳播來阻礙流注的發展，提高衝擊擊穿電壓。在變壓器中常利用絕緣板做成圓筒、圓環等形狀，放置在鐵芯與繞組、低壓繞組與高壓繞組之間，並且常放置多個，將油隙分成幾個小油隙。