3、电化学击穿对绝缘施加电压几个月甚至几年后，击穿场强仍在下降，这是由于介质长期加电压引起介质劣化。绝缘劣化的主要原因往往是
介质内气隙的局部放电造成的。介质中可长期存在局部放电而并不击穿。局部放电产生的活性气体如O3，NO，NO2等对介质将产
生氧化和腐蚀作用，此外由于带电粒子对介质表面的撞击，也会使介质受到机械的损伤和局部的过热，导致介质的劣化。空气隙的电容
与气隙串联的介质电容绝缘完好部分的电容Cm>>Cg>>Cb局部放电的等效电路电极间加上瞬时值为u的交流电压时，Cg
上的电压瞬时值ug为:气隙的放电电压气隙的放电熄灭电压真实放电量：视在放电量：不可测量真实放电量与视在放电量关
系：单次局部放电的能量：（Ui为气泡放电时试品上的电压）二、影响固体介质击穿电压的主要因素电压作用时间电场均匀程度
温度受潮累积效应第四节组合绝缘的特性一、油－屏障式绝缘油:主要绝缘介质，因为有很好的冷却作用。屏障:
改善油间隙中电场分布和阻止杂质小桥的形成。粘浸渍电缆充油电缆油纸绝缘的直流击穿场强比交流击穿场强高得多因为直流电压
作用下油与纸的场强分配比交流时合理覆盖绝缘层屏障油纸绝缘的形式：二、油纸绝缘油:填充空隙的浸渍剂。纸:
绝缘主体。在极间绝缘距离d=d1+d2不变的情况下，增大ε2时使E2减小，但却使E1增大。电场调整的方法
采用分阶绝缘的电力电缆ε1>ε2>…>εn，且ε1r1=ε2r2=…=εnrn=常数。离缆芯较远的介质层也能得到充分的利用，因
此可使电缆尺寸缩小。GIS中的环氧盘形支撑绝缘子采用等厚度的盘形支撑绝缘子时，沿面电位分布不均匀改变绝缘子形状使电力线
发生折射，可以使介质界面上电位分布变均匀第三章液体和固体介质的电气特性液体介质和固体介质广泛用作电气设备的内绝缘。应用得
最多的液体介质是变压器；常见的固体介质有绝缘纸、纸板、云母、塑料等，常用于内绝缘；而用于制造绝缘子的固体介质有电瓷、玻璃、硅橡胶等
。电介质的电气特性，主要表现为它们在电场作用下的导电性能、介电性能和电气强度，它们分别以四个主要参数，即电导率（或绝缘
电阻率）、介电常数、介质损耗角正切和击穿电场强度（简称击穿场强）来表示。一切电介质在
电场作用下都会出现极化、电导和损耗等电气物理现象。第一节液体和固体介质的极化、电导与损耗一、电介质的极化1.介电常数
、相对介电常数平行平板电容器在真空中的电容量为图3-1平板电容器中的电荷和电场分布(a)真空(b)充以介质当
极板间插入固体介质后，电容量为式中A－极板面积，cm2；d－极间距离，cm；ε－介质的介电常数
ε0－真空的介电常数，ε0=8.86×10-14F/cm定义
为介质的相对介电常数。材料类别名
称εr（工频，20℃）气体介质空气（大气压）1.00059液体介质弱极性变压器油硅有机液体2.2~2.
52.2~2.8极性蓖麻油4.5强极性丙酮酒精水223381固体介质中性或弱极性石蜡聚乙烯
2.0～2.52.25～2.35极性聚氯乙烯3.2～4离子性云母电瓷5～75.5～6.52.极化概
念：在外加电场的作用下，固体介质中原来彼此中和的正、负电荷产生了位移，形成电矩，使介质表面出现了束缚电荷，即极板上电荷增多，因
而使电容量增大。种类：电子式极化离子式极化偶极子极化夹层极化无损极化有损极化视频链接视频链接视频链接双
层介质的夹层极化（吸收现象）双层介质的等值电路吸收曲线阴影部分的面积为绝缘在充电过程中逐渐“吸收”的电荷。这种逐渐“吸
收”电荷的现象叫做“吸收现象”，对应的电流称为吸收电流。它是由于介质中偶极子逐渐转向，并沿电场方向排列而产生的。当绝缘
受潮或有缺陷时，电流的吸收现象不明显，总电流随时间下降较缓慢，而试品的绝缘电阻与电流成反比。因此，根据的变化，就可以初步判断绝缘的
状况。显然，对于不均匀试品的绝缘，如果绝缘状况良好，则吸收现象明显，值远大于1；如果绝缘严重受潮，由于Ig大增，Ia迅
速衰减，Ka值接近于1。极化种类产生场合所需时间能量损耗产生原因电子式极化任何电介质10-15s无束缚电子运
行轨道偏移离子式极化离子式结构电介质10-13s几乎没有离子的相对偏移偶极子极化极性电介质10-10s~10-
2s有偶极子的定向排列夹层极化多层介质的分界面1015s~数小时有自由电荷的移动电介质极化种类及比较二、
电介质的电导电介质电导主要是离子电导，表征电导的参数是电导率γ，在高电压工程中一般常用电阻率ρ来表征介质的绝缘电阻。
液体与固体电介质的电导率γ与温度有下述关系：式中A－常数，与介质性质有关；T－热力学温度，单位为K；
ф－电导活化能；k－波尔兹曼常数。1.体积电阻体积电阻率为：
体积电导率
为：
其中，d（cm）为电介质厚度，S（cm2）为电极表面积。体积电阻的
测量电路2.表面电阻表面电阻率为：
表面电导率为：
其中，d（cm）为电介质厚度，l（cm）为电极长度。
表面电阻的测量电路电介质的能量损耗简称介质损耗，包括由电导引起的损耗和由极化引起的损耗。介质损耗为：P值和试验
电压、试品电容量等因素有关，不同试品间难于互相比较，所以改用介质损失角的正切tanδ来判断介质的品质。三、电介质的能量损耗
对于有损介质，电导损耗和极化损耗都是存在的，可用三个并联支路的等值回路来表示。有损介质可用电阻、电容的串
联或并联等值电路来表示。主要损耗是电导损耗，常用并联等值电路；主要损耗由介质极化及连接导线的电阻等引起，常用串联等值电路。
R反映电导损耗C0反映电子式和离子式极化C′，r支路反映吸收电流（1）气体介质的损耗当电场强度不足以产生碰
撞电离时，气体中的损耗是由电导引起的，损耗极小（tanδ<10-8）。但当外施电压U超过电晕起始电压U0时，将发生局
部放电，损耗急剧增加，如图所示。（2）液体介质的损耗中性或弱极性液体介质：电导损耗，损耗较小。极性液体及极性和中性液体
的混合油：电导和极化损耗，所以损耗较大，而且和温度、频率都有关系，如图。电导损耗占主要部分，tanδ重新随温度上升而增加
T升高，液体粘度减小，偶极子极化增强，极化损耗增加分子热运动加快，极化强度减弱，极化损耗减小（3）固体介质的损耗分子式
结构介质：中性：主要电导损耗，损耗极小，如石蜡、聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯等；极性：tanδ值较大，与温度、频率的关系和极
性液体相似，如纸、纤维板和聚氯乙烯、有机玻璃、酚醛树脂等，离子式结构介质：主要电导损耗，损耗极小，如云母等；不均匀结构介质：
损耗取决于其中各成分的性能和数量间的比例，如云母制品、油浸纸、胶纸绝缘等；强极性电介质：在高压设备中极少使用。第二节液体
介质的击穿一、纯净液体介质的击穿理论纯净的液体介质：击穿过程与气体击穿的过程很相似，但其击穿场强高（很小的均匀场间隙中可达到
1MV/cm）电子碰撞电离理论、气泡击穿理论工程用的液体介质：击穿场强很少超过300kV/cm，一般在200kV/cm~25
0kV/cm的范围内（以上击穿场强值均指在标准试油杯中所得数据）原因：工程液体介质的击穿是由液体中的气泡或杂质等引起的，即
气泡或杂质在电场作用下在电极间排成“小桥”，引起击穿，即“小桥理论”。二、工程纯液体介质的击穿理论绝缘外壳黄铜电极标准
试油杯（图中尺寸均为mm）油间隙距离2.5mm（1）杂质的影响水分：极微量的水分可溶于油中，对油的击穿强度没有多大影响。影
响油击穿的是呈悬浮状态的水分。标准油杯中变压器油的工频击穿电压Ub和含水量W的关系W为1×10-4时已使油的击穿强度降得很
低。含水量再增大时，影响不大三、影响液体介质击穿的因素及提高措施（2）温度的影响干燥的油受潮的油标准油杯中变压器油
工频击穿电压与温度的关系干燥油的击穿强度与温度没有多大关系0～80℃，Ub提高（水分溶解度增加）温度再升高，Ub下降（水分
汽化）；低于0℃，Ub提高（水滴冻结成冰粒）（3）油体积的影响变压器油中水分含量为31×10-6时的Ub与d的关系稍不均
匀电场T=100℃稍不均匀电场T=20℃极不均匀电场T=20℃随着间隙长度的增加变压器油的击穿场强下降均匀电场中油（
T=90℃）的冲击击穿场强与油体积的关系规律：油的击穿强度随油体积的增加而明显下降。原因：间隙中缺陷(即杂质)出现的概率随
油体积的增加而增大。不能将实验室中对小体积油的测试结果，直接用于高压电气设备绝缘的设计（4）电压形式的影响杂质形
成小桥所需的时间，比气体放电所需时间长，因此油间隙的冲击击穿强度比工频击穿强度要高得多。极不均匀电场中冲击系数约为1.4~l.5，
均匀场中可达2或更高。-1.2/50μs波+1.2/50μs波工频电压稍不均匀电场中变压器油的击穿电压与间距的关系
（5）减小杂质影响的措施（1）过滤使油在压力下通过滤油机中的滤纸，即可将纤维、碳粒等固态杂质除去，油中大部分水分和有
机酸等也会被滤纸所吸附。（2）防潮绝缘件在浸油前必须烘干，必要时可用真空干燥法去除水分。（3）祛气将油加热，喷成
雾状，并抽真空，可以达到去除油中水分和气体的目的。（4）用固体介质减小油中杂质的影响常用措施为覆盖层、绝缘层和屏障。第
三节固体介质的击穿固体介质的固有击穿强度比液体和气体介质高，其击穿的特点是击穿场强与电压作用的时间有很大的关系。一
、固体介质的击穿理论1.电击穿固体介质的电击穿过程与气体相似，碰撞电离形成电子崩，当电子崩足够强时破坏介质晶格结构
导致击穿。固体介质在冲击电压多次作用下，其击穿电压有可能低于单次冲击作用时的值。因为固体介质为非自恢复绝缘，如每次冲击
电压下介质发生部分损伤，则多次作用下部分损伤会扩大而导致击穿。这种现象为累积效应。有累积效应基本无累积效应2、热击穿
概念：绝缘介质在电场作用下，会因电导电流和介质极化引起介质损耗，使介质发热。介质电导率随温度的升高而急剧增大，因此介质的发热因温度的升高而增加。如果介质中产生的热量总是大于散热，则温度不断上升，造成材料的热破坏而导致击穿。特点：（1）击穿所需时间较长，常常需要几个小时，即使在提高试验电压时也常需要好几分钟。（2）在直流电压下，正常未受潮的绝缘很少发生热击穿。介质发热（曲线1，2，3）及散热（曲线4）与介质温度的关系U1>U2>U3发热曲线3与散热曲线有两个交点，即热平衡点Ta和Tc。Ta稳定，Tc不稳定曲线2与曲线4相切，只有一个热平衡点Tb，但不稳定。U2是临界热击穿电压，Tc则是热击穿的临界温度根本不存在热平衡点，必然发生热击穿 |
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