液体和固体电介质的击穿特性.
第二章 液体、固体介质的电气特性..
中国石油大学胜利学院
高பைடு நூலகம்压技术
第一篇 各类电介质在高电场下的特性
第二章
电介质的等效电路
I I1 I 2 I 3
2.介质损耗角正切
介质损耗有两种：极化损耗、电导损耗 直流电压下只有电导损 耗 交流电压下既有电导损耗，还有周 期性极化引起的极化损耗。 介质损耗角 =功率因素角 的余角 介质损耗角的正切tg称为介质损耗因数
P UIcos UI R UIC tg U C p tg
3、杂质的影响
一般来说杂质的含量越高，液体介质击穿电压降低 的越多。油中主要的杂质就是水分。
另外还有其他固体杂质， 比如含纤维量：纤维的含量即 使很少，对击穿电压油很大影 响。
4、油量的影响
三、减少杂质影响的方法
由于油中杂质对油隙的工频击穿电压有很大的影响， 所以从工程角度考虑，应设法减少杂质的影响，提高油的 品质。 1、提高油品质的方法 （1）过滤 将油中在压力下连续通过滤油机中的大量滤油层，油 中杂质（包括纤维、碳粒、树脂、油泥等）被滤纸阻挡， 油中大部分的水分和有机酸等也被滤纸纤维吸附，从而大 大提高油的品质。 （2）祛气 常用的方法是先将油加热，在真空中喷成雾状，油中 所含水分和气体即挥发并被抽走，然后在真空条件下将油 注入电气设备中。
球盖形电极；
对经过过 滤处理、脱气 和干燥后的油 及220KV以上 电力设备内的 油，应采用球 盖形电极进行 试验
固体电介质的击穿特性
一、固体电介质的击穿过程
1. 固体电介质击穿特性的划分
击穿电压为一分钟耐压的百分比数（％） 15.3
500
450 400
350
300 250
区域A 区域B Φ50
200
区域C
150 100
Cathode
- +- ++ -
＋
＋
＋
＋
Anode
＋
＋
时，散出的热量Q与介质中最高温度tm的关系
θ 12 3
4 b
a
0 t0 ta
tk
tb
tm
不同外施电压下介质发热散热与介质温度的关系
曲线 1：
发热永远大于散热，介质温度将不断升高，在电压U1 下最终必定发生热击穿
θ 12 3 4 b
a
0 t0 ta
tk
tb
tm
不同外施电压下介质发热散热与介质温度的关系
(c)
异极性空间电荷的积累
概念：电介质在外加电场的 作用下，在金属电极与电介 质之间的界面上积聚了与施 加在该电极上的电压极性相 反的电荷，这些电荷称为异 极性空间电荷
特点：异极性空间电荷增强 金属电极与介质间的界面场 强，结果可导致介质整体击 穿电压的降低，如（b）所示 。当极性翻转时，可导致击 穿电压升高，如（c）所示
平衡点
ta<t<tb ： 不 会 发 生 热 击 穿 ，介质温度将稳定在ta
不同外施电压下介质发热散热 与介质温度的关系
曲线 2：
与直线4相切，U2为临界热击穿电压；tk为临界热击穿温 度
气体固体液体电介质击穿过程的异同
气体固体液体电介质击穿过程的异同在我们生活中，气体、固体、液体和电介质都扮演着重要的角色，但当它们遇到电压时，情况就变得有趣了。
想象一下，就像我们在热锅上煮水，水分子一开始懒洋洋地呆着，突然加热之后，它们开始活跃，整个气氛瞬间就变得热烈起来。
这就像气体在电场下，随着电压的增加，气体分子们逐渐被激发，最终达到一种击穿的状态。
哇，这可是个激动人心的时刻，气体里的离子开始奔跑，像是聚会的年轻人，一下子就打破了原有的沉寂，形成了电流。
这种现象我们称为“气体击穿”，听起来是不是挺酷的？再说说固体，固体的击穿就像是在一个坚固的城堡里，原本安静的守卫突然发现外面来了敌人，固体中的电子并不容易被激发。
它们得先突破重重防线，经过一番苦战，才有可能进入击穿状态。
这时候，城堡里就会出现一条裂缝，电流也就趁机而入。
固体的击穿往往需要更高的电压，这就像打破坚冰，非得动用点“重武器”才能奏效。
而液体的情况又是另一番景象。
液体分子就像在水中游泳的鱼儿，一开始在电场的影响下，它们也会变得活跃。
但液体的击穿更像是一场聚会，朋友们在水里玩得正欢，电场的出现就像是一个闪亮的烟花，把大家的注意力吸引过去。
随着电压的增加，液体分子开始剧烈运动，最终形成了导电路径。
这种情况常常会让人联想到水电的奇妙联系，真是让人感叹大自然的神奇。
再来看看电介质，这可是一位非常特别的角色。
电介质就像是聚会中总是保持冷静的人，虽然它的结构相对复杂，但在电场作用下，它却能产生极大的极化效应。
当电场施加到它身上时，电介质内部的电偶极子开始排列，形成了一个隐秘的保护层。
可是，当电压足够高时，这层保护就会被打破，电流便会蜂拥而入，形成击穿现象。
这就像是终于忍不住加入舞池的朋友，一下子就把气氛推向了高兴。
说到这里，我们不得不提到这些击穿过程的异同。
气体、固体、液体和电介质都可以在电场的影响下发生击穿，但每种物质的“耐压能力”可不一样。
气体需要较低的电压，固体的耐压最高，液体则介于两者之间，而电介质则有自己独特的表现方式。
第三章 液体和固体电介质的击穿特性2018.4
➢ 条件：介质的电导很小，又有良好的散热条件以及 介质内部不存在局部放电的情况下，固体介质的击 穿通常为电击穿。
➢ 电击穿的主要特征：
①与周围环境温度有关；
②击穿时间很短（10 μs～0.2s) ，击穿电压与时间
无关；
③击穿前介质发热不显著；
④电场均匀程度对击穿有显著影响。
2. 热击穿过程
• 击穿机理：固体介质会因介质损耗而发热，如果 周围环境温度高，散热条件不好，介质温度将不 断上升而导致绝缘的破坏，如介质分解、熔化、 碳化或烧焦，从而引起热击穿。
变压器等充油电力设备中广泛采用油-屏障绝缘结构。
固体电介质的电气强度
在气、液、固三种电介质中，固体材料密度最大， 耐电强度也最高。通常， 空气的耐电强度3kV/mm～4 kV/mm； 液体的耐电强度10kV/mm～20 kV/mm； 固体的耐电强度几十kV/mm～几百 kV/mm；
✓固体电介质的击穿过程最复杂，且击穿后是唯一不 可恢复的绝缘。
在标准油杯中测得的油的耐电强度只能作为对油 的品质的衡量标准，不能用此数值直接计算在不同条 件下油间隙的耐受电压。
（一）杂质的影响
水分：水在变压器油中有三种状态：
（1）溶解状态:高度分散、且分布非常均匀；
（2）悬浮状态:呈水珠状一滴一滴悬浮在油中。
（3）沉渣态：沉淀于容器底部
溶解状的水对油的耐压影响不大；悬浮状的水分易形 成小桥，对击穿电压的影响较大。 沉淀于容器底部的 水分不在电场空间内，对油击穿无影响。
杂质“小桥”
沿电场极化 定向排列
“杂质小桥”贯通两电极
“杂质小桥”未贯通两电极
受潮纤维在电极间定向示意图
“杂质小桥”贯通两电极
如果杂质小桥接通电极，因其电导大而导致泄漏电 流增大，发热会促使水分汽化，形成气泡；气泡扩大， 发展下去会出现气体小桥，气泡小桥贯穿，使油隙发 生击穿。
第三章固体电介质和液体电介质的击穿特性
一、液体电介质的击穿机理（击穿过程）
液体电介质
纯净的液体电介质 击穿机理不同
工程用液体电介质（含杂质）
一、液体电介质的击穿机理（击穿过程）
1．电击穿过程（碰撞游离）
碰撞游离开始作为击穿条件 电子崩发展至一定大小为击穿条件
液体电介质
纯净的液体电介质
击穿机理
电击穿过程
工程用液体电介质（含杂质）
电击穿过程 气泡击穿过程
二、影响液体介质击穿电压的主要因素
1.杂质
2.温度 3.电场的均匀程度 4.电压作用时间 5.压力
二、影响液体介质击穿电压的主要因素
油中含有杂质，击穿电压就会显著降低!
通过标准油杯中 变压器油的工频击 穿电压来衡量油的 品质
引言
空气的耐电强度 液体介质的耐电强度 固体介质的耐电强度
10 — 30kV/cm左右； 100 — 200 kV/cm； 一百多 — 几千kV/cm
液体、固体电介质是电气设备内绝缘的主要绝缘材料。
液体、固体电介质的电气强度高，用它们作为绝缘介质，可以大 大缩小导体间的绝缘距离，从而减小电气设备的体积。
二、影响液体介质击穿电压的主要因素 2.温度
①干燥的油 温度对有的击穿电压影响很小 ②受潮的油 冰－溶解－汽化＝击穿电压“N”形变化
二、影响液体介质击穿电压的主要因素
3.电场均匀程度
电场愈均匀，杂质越易形成“小桥”， 杂质对油在工频电压下的击穿电压的影响愈大。
优质油：保持油不变，而改善电场均匀度，能使工频击穿电 压显著增大，也能大大提高其冲击击穿电压。
绝缘油的试验项目及标准
液体电介质的击穿特性
/22
3. 电压作用时间
Ubp（kV）（峰值） 冲击系数Kl最小值
700
Φ
600
50
20
50
0
10-6 10 -5 10-4 10-3 10-2 10-1 1 10 1
t（s）
10 9 8
7 6
5 4 3 2 1
10 2
稍不均匀电场中变压器油的伏秒特性曲线
(虚线表示未经研究过的区域)
(虚线表示未经研究的区域)
/22
4. 电场均匀程度
油的纯净程度较高时，改善电场的均匀程度能 使工频或直流电压下的击穿电压明显提高
液体电介质击穿电压的分散性和电场的均匀程 度有关 工频击穿电压的分散性在极不均匀电场中不 超过5％，而在均匀电场中可达3040％
/22
5.压强
Ub(有效值)/kV
d
主要内容
液体电介质的击穿理论 影响液体电介质击穿电压的因素 提高液体电介质击穿电压的方法
（一）液体电介质的击穿理论
液体电介质 ：纯净的液体电介质 工程用液体电介质
击穿机理不同：电击穿理论、气泡击穿理论 小桥击穿理论
/22
1. 纯净液体电介质的电击穿理论
液体中因强场发射等原因产生的电子，在电场 中被加速，与液体分子发生碰撞电离
在极不均匀电场中变压器油的击穿过程，先在 尖电极附近开始电离，电离开始阶段以后是流 注发展阶段，流注分级地向另一电极发展，放 电通道出现分枝，最后流注通道贯通整个间隙
与长空气间隙的放电过程很相似
/22
2. 纯净液体电介质的气泡击穿理论
当外加电场较高时，液体介质内由于各种原因 产生气泡 1）电子电流加热液体，分解出气体； 2）电子碰撞液体分子，使之解离产出气体； 3）静电斥力，电极表面吸附的气泡表面积累电 荷，当静电斥力大于液体表面张力时，气泡体 积变大； 4）电极凸起处的电晕引起液体气化。
《高电压技术》作业集参考答案(专本科函授)
6．扩散7．改善电场分布、削弱气隙中的游离过程8．固体介质9．20℃、101.310．低11．增大12．250/250013．空间电荷14．增大三、简答题1．答：（1）因棒极附近场强很高，不论棒的极性如何，当外加电压达到一定值后，此强场区内的气体首先发生游离。
当棒具有正极性时，间隙中出现的电子向棒极运动，进入强电场区，引起碰撞游离，形成电子崩。
在放电达到自持、爆发电晕之前，在间隙中存在大量游离过程。
当电子崩达到棒极后，其中的电子就进入棒极，而正离子仍留在空间，相对来说缓慢地向板极移动。
即在棒极附近，积聚起正空间电荷，从而减少了紧贴棒极附近的电场，而加强了游离区外部空间的电场。
这样，棒极附近的电场被削弱，难以形成流柱，这就使得自持放电也即电晕放电难以形成，所以电晕起始电压高，击穿电压低。
（2）当棒具有负极性时，阴极表面形成的电子立即进入强电场区，形成电子崩。
当电子崩中的电子离开强电场区后，电子就不再能引起游离，而以越来越慢的速度向阳极运动。
电子崩中的正离子逐渐向棒极运动而消失于棒极，但由于其运动速度较慢，所以在棒极附近总是积聚着正空间电荷。
而在其后则是较分散的负空间电荷。
负空间电荷由于浓度小，对外电场的影响不大，而正空间电荷将使电场参考答案第一章电介质的极化、电导和损耗一、单项选择题：1. D2. D3. B二、填空题：1. 增大了2．电子式极化、离子式极化、偶极子式极化、空间电荷极化（夹层式极化）3．在电场作用下极化程度的物理量4．电子式极化、离子式极化5．偶极子式极化、空间电荷极化（夹层式极化）6．大些7．离子性、电子性8． 电导强弱程度9．电场强度、温度、杂质10．体积电导、表面电导11．电导损耗、极化损耗12．电导13．δωCtg U 214．电导三、简答题1．答：电介质的电导为离子性电导，随着温度的升高，分子的热运动加剧，分子之间的联系减弱，介质中离解出的离子数目增多，所以电导率增大。
而导体的电导是电子性电导，温度升高，分子的热运动加剧，电子在电场作用下定向运动时遇到的阻力增大，所以电导率降低。
液体、固体电介质特性
直流电压下，绝缘等效为绝缘电阻，各层绝缘承受的电 压与其绝缘电阻成正比；【电气强度高、电导率小的材 料用在电场最强处】
交流和冲击电压下，绝缘等效为电容，各层绝缘承受的 电压与其电容成反比；【电气强度高、介电常数小的材 料用在电场最强处】
U
r1 r2
r0
12
E2
r
2
[
1
1
ln
U r1 r0
1
2
ln
r2 r1
]
优点：绝缘材料的利用率高
实现：电缆绝缘中用不同的绝缘纸。电缆纸的介电常数与密 度有关 ，密度大的纸（高）与低密度纸搭配使用多层分阶27。
2.5 电介质的老化
绝缘老化的成因
➢ 电老化——局部放电 ➢ 热老化——热作用下的氧化 ➢ 环境老化——污染性化学老化
U
(R1
R2
... Rn )I
(1
1
d1 S
1
2
d2 S
...
1
n
dn )I S
1 S
( d1
1
d2
2
...
dn )I
n
RI
I U R
U1
R1I
1
1
d1 S
I
d1
1S
U R
1
(
d1
1
Ud1 d2 ...
2
dn
n
)
E1
U1 d1
1
(
d1
1
U d2 ...
2
dn )
n
1
气体电介质的击穿 液体电介质的击穿 固体电介质的击穿
第5章电介质的击穿气体电介质的击穿液体电介质的击穿固体电介质的击穿¾电介质的击穿介质发生击穿时，通过介质的电流剧烈地增加，通常以介质伏安特性斜率趋向于∞（即dI/dU=∞）——击穿发生的标志。
¾击穿电压¾击穿场强：电介质的击穿场强是电介质的基本电性能之一，它决定了电介质在电场作用下保持绝缘性能的极限能力。
5.1 气体电介质的击穿¾正常气体中的载流子(离子和电子)在外电场作用下迁移，形成电流电流随电压增加而增加电离产生的载流子来不及复合，全部到达电极气体中出现碰撞电离，载流子浓度增大，电流不再保持恒定而迅速上升载流子数剧增，气体中的电流无限增大(dI/dU→∞)——丧失绝缘性能。
气体击穿（气体放电）：气体由绝缘状态变为良导电状态的过程。
击穿场强：均匀电场中击穿电压与气体间隙距离之比.击穿场强反映了气体耐受电场作用的能力，即气体的电气强度。
平均击穿场强：不均匀电场中击穿电压与间隙距离之比称¾气体发生击穿时除电流剧增外，通常还伴随有发光及发热等现象。
5.1.1 均匀电场中气体击穿的理论1.气体击穿的汤逊（Townsend）理论电子崩形成过程(电子倍增过程)（1）电子崩与电流倍增外界电离因子在阴极附近产生了一个初始电子，如果空间电场强度足够大，该电子在向阳极运动时就会引起碰撞电离，产生一个新的电子，初始电子和新电子继续向阳极运动，又会引起新的碰撞电离，产生更多的电子。
α如电离系数为，则从阴极出发的一个电子，行经单位距离后增加为2α个电子。
类似雪崩似地发展，这种急剧增大的空间电子流被称为电子崩。
电子崩模型右图所示，在电子崩发展过程中，崩头最前面集中着电子，其后直到崩尾是正离子。
在强电场中出现电子崩α的过程称为过程。
这样的放电依赖于外界条件的，也称为非自持放电.（2）气体的自持放电实验发现，当气隙不太宽时，放电与电极材料有关，因而导致考虑γ过程的作用，由γ过程和过程一起来决定气隙中的电流。
2 电介质的击穿特性
二、放电时延
统计时延：从外施电 压达Uo时起，到出现 一个能引起击穿的初 始电子崩所需的第一 个有效电子所需时间 放电形成时延：从出 现第一个有效自由电 子时起，到放电过程 完成所需时间，即电 子崩的形成和发展到 流注等所需的时间
临界 击穿电压
电气绝缘
38
三、50％击穿电压及冲击系数
电气绝缘
34
三、极不均匀电场中的击穿
不对称布置的极不均匀场间隙的极性效应很明显，而且其击穿 的极性效应与稍不均匀场间隙相反。
棒－棒和棒－板空气间隙的工 频 尖－板和尖－尖空气间隙的直流击穿电压 电气绝缘 击穿电压（有效值） 35
第四节、雷电冲击电压下气体间隙的击穿特性
为了检验绝缘耐受雷电冲击电压的能力，在实验室中 可以利用冲击电压发生器产生冲击高压，以模拟雷电 放电引起的过电压。 规定：标准雷电冲击波形：1.2us/50us。（波前时间 1.2us，半峰值时间50us）
3.1 3.9 3.9 5.3
电气绝缘
9
三、气体中带电粒子的消失：去游离
（1）扩散：带电质点从高浓度区域向低浓度区域运动. （2）复合：正离子与负离子相遇而互相中和还原成中性原子
电气绝缘
10
(3)附着效应:气体中负离子的形成
电子与气体分子或原子碰撞时，也有可能发生电子附着过程 而形成负离子，并释放出能量，称为电子亲合能。电子亲合 能的大小可用来衡量原子捕获一个电子的难易，越大则越易 形成负离子。
1. 50％击穿电压 多次施加电压时有半数会导致击穿的电压值Ub50 。
2. 冲击系数
同一间隙的50％冲击击穿电压与工频击穿电压U~之比 。
电气绝缘
39
四、 伏－秒特性
第三章 液体和固体电介质的击穿特性
2、采用固体介质降低杂质的影响 2）绝缘层——在曲率半径很小的电极包缠很厚的固体绝缘，改善 油中的电场分布。适用于极不均匀电场。
1）覆盖——在曲率半径较小的电极覆盖固体绝缘，以切断杂质小 桥、限制泄漏电流。适用于电场比较均匀的场合。
紧紧包在小曲率半径上 薄固体绝缘层（诸如电缆纸、黄蜡布、 漆膜等）称为覆盖，其厚度一般只有零点几微米，所以不会引起油 中电场的变化。它能阻止杂质小桥直接接触电极，因而能有效的控 制泄漏电流，从而阻碍杂质击穿过程的发展。电场约均匀，杂质小 桥对油隙击穿电压的影响越大，采用覆盖的效果越显著。由于采用 覆盖花费不多，而收效明显，所以在各种充油的电气设备中都很少 采用裸导体。
当覆盖的厚度增大到能分担一定电压时，即成为绝缘层，一般 厚度为数毫米到数十毫米。绝缘层不但能象覆盖那样减小油中杂质 的有害影响，而且能降低电极表面附近的电场强度，大大提高整个 油隙的工频击穿电压和冲击击穿电压。变压器中某些线饼或静电屏 上包以较厚的绝缘层都是为了这个目的。
3）屏障——”油-纸”或“油-布”绝缘，切断杂质小桥，改善电场 分布，提高油间隙的工频击穿电压。屏障的形式要因电极形状而定， 并且，屏障要足够大，已能包住电极。 如果在油隙中放置尺寸、形状与电极相适应、厚度为1～5mm 的层压纸板（筒）或层压布板（筒）屏障，那么它既能阻止杂质小 桥的形成又象气体屏障那样拦住一部分带电粒子，使电场变得比较 均匀。电场越不均匀，放置屏障的效果越好。 如果用多重屏障将油隙分隔成多个较短油隙，则击穿场强能 提高更多。但相临屏障间距不宜太小，因为这不利于油隙冷却循 环。另一方面，屏障的总厚度也不能太大，因为固体介质的介电 常数比变压器油大。所以固体介质总厚度的增加会引起油中电场 强度的增大。通常设计时控制屏障的总厚度不大于整个油隙长度 的1/3。
液体和固体电介质的击穿特性解读
固体电介质的击穿过程最复杂，且击穿后是唯一不可恢复 的绝缘
普遍规律：任何介质的击穿总是从电气性能最薄弱的缺陷 处发展起来的，这里的缺陷可指电场的集中，也可指介质 的不均匀性
一、 击穿机理——（1）电击穿理论
电击穿理论建立在固体电介质中发生碰撞电离基础上，固体电 介质中存在少量传导电子，在电场加速下与晶格结点上的原子
碰撞，从而导致击穿
电击穿的特点：电压作用时间短，击穿电压高，击穿电压与环
境温度无关，与电场均匀程度有密切关系，与电压作用时间关 系很小。
当固体电介质的介质损耗很小、有良好的散热条件，且内部不
存在局部放电，这种情况下发生的击穿通常是电击穿。其击穿
场强一般可达105～106kV／m 。
击穿理论——（2）热击穿理论
3.1液体电介质的击穿特性
液体电介质的击穿机理
影响液体电介质击穿电压的因素
提高液体电介质击穿电压的方法
液体电介质不仅具有较高的电气强度，而且它的流 动性使其还具有散热和灭弧作用，同时可以与固体 介质结合，填充固体电介质的空隙，从而大大提高 绝缘的局部放电起始电压和绝缘的电气强度 液体介质主要有天然的矿物油（变压器油、电容器 油和电缆油）和人工合成油（硅油）
发生两种情况：
(1)杂质小桥尚未接通电极时，则纤维等杂质 与油串联，由于纤维的εr大以及含水分纤维的电 导大，使其端部油中电场强度显著增高并引起电离，
于是油分解出气体，气泡扩大，电离增强，这样下
去必然会出现由气体小桥引起的击穿。
(2)如果杂质小桥尚未接通电极，因小桥的电 导大而导致泄漏电流增大，发热会促使汽化，气 泡扩大，发展下去会出现气体小桥，使油隙发生 击穿。
3 电场均匀度 在冲击电压下，由于杂质来不及形成小桥，故改善电 场总是能显著提高油隙的冲击击穿电压，而与油的品 质好坏几乎无关。 优质油：保持油不变，而改善电场均匀度，能使工频 击穿电压显著增大，也能大大提高其冲击击穿电压。 品质差的油：改善电场对于提高其工频击穿电压的效 果较差。
液体电介质的击穿特性
一 液体电介质的击穿特性
5、压力
油中含有气体时，不论电场是否均匀，其 工频击穿电压都随油的压力增大提高。这是由 于压力增大时，气体在油中的溶解量增大，并 且气泡的局部放电起始电压也增高之故。电场 越均匀，这种关系也越显著。但在冲击电压下， 压力对油间隙的击穿电压基本无影响。
一 液体电介质的击穿特性
思考
液体介质和气体介质相比，谁的击穿场强高， 为什么？
❖答：液体的击穿场强高。由于液体介质的密度比 气体的大得多，分子间的距离比气体的小得多，故 电子在其中运动的平均自由行程比在气体中短得多， 要使电子在较短的自由行程内获得能产生碰撞游离 所需要的能量，要求有更高的电场强度。所以液体 介质的击穿场强比气体的要高得多。
气泡击穿过程（小桥理论）
出现气泡
足够强的 气泡内的 电场作用 气体电离
电离进一步 发展
气泡温度升高 气泡体积膨胀
带电粒子 撞击液体分子
液体分解出气体
扩大气体通道
电离的气泡或在电极间形成连续小桥，或畸变了液体电介质中的 电场分布，导致液体电介质击穿。
可用气泡击穿理论解释，依赖于气泡的形成、发热膨胀、气泡 通道扩大并形成小桥，有热过程，属于热击穿范畴.
一 液体电介质的击穿特性
纯净液体的电气强度 很高，其击穿机理主 纯净液体电击穿：
纯净的液体电介质中总会存在一些离子，它们或由液体分子 受自然界中射线的电离作用而产生，或由液体中微量杂质受 电场的解离作用而产生。当电场强度超过1MV/cm时，液体 电介质中的自由电子，在电场作用下运动、加速、积累能量、 碰撞液体分子，而且以一定的概率使液体电介质的分子游离。 因碰撞游离而产生的正离子移动至阴极附近，增强了阴极表 面的场强，促使阴极发生的电子数增多，这样，电流急剧增 加，液体电介质推动绝缘能力，发生击穿。
最全的高电压技术各章节选择判断题汇总及答案附期末测试
高电压技术各章选择判断题汇总及答案附期末测试第一章电介质的极化、电导和损耗1.单选题用于电容器的绝缘材料中，所选用的电介质的相对介电常数（）。
A 应较大B 应较小C 处于中间值D 不考虑这个因素A2.单选题偶极子极化（）。
A 所需时间短B 属于弹性极化 C 在频率很高时极化加强D 与温度的关系很大D3.单选题电子式极化（）。
A 所需时间长B 属于弹性极化C 在频率很高时极化加强D 与温度的关系很大B4.单选题离子式极化（）。
A 所需时间长B 属于弹性极化C 在频率很高时极化加强D 与温度的关系很大B5.单选题极化时间最长的是（）。
A 电子式极化 B 离子式极化 C 偶极子极化 D 空间电荷极化D6.单选题极化时伴随有电荷移动的是（）。
A 电子式极化 B 离子式极化C 偶极子极化D 夹层极化D7.单选题夹层极化中电荷的积聚是通过电介质的（）进行的。
A 电容B 电导C 电感D 极化B8.单选题相对介电常数是表征介质在电场作用下（）的物理量。
A 是否极化B 损耗C 击穿D 极化程度D9.单选题对于极性液体介质，温度较低时，随温度的升高，极化（）。
A 减弱B 增强C 先减弱再增强D 不变 B10.单选题用作电容器的绝缘介质时，介质的相对介电常数应（）。
A 大些B 小些C 都可以D 非常小A11.单选题用作一般电气设备的绝缘时，介质的相对介电常数应（）。
A 大些B 小些C 都可以D 非常小B12.单选题表征电介质导电性能的主要物理量为（）。
A 电导率B 介电常数C 电阻D 绝缘系数A13.单选题电介质的电导主要是（）引起的。
A 自由电子B 自由离子C 正离子D 负离子B14.单选题金属导体的电导主要是（）引起的。
A 自由电子B 自由离子C 正离子D 负离子A15.单选题通常所说的电介质的绝缘电阻一般指（）。
A 表面电阻B 体绝缘电阻C 表面电导D 介质电阻B16.单选题直流电压（较低）下，介质中流过的电流随时间的变化规律为（）。
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液体密度比气体密度大得多，电子的平均自由行 程很小，必须大大提高场强才开始碰撞电离。所 以液体电介质的击穿场强比气体的要高很多
(二)气泡击穿理论（小桥理论） 液体中出现气泡，在交流电压下，串联介质中电
场强度的分布与介质的εr 成反比。由于气泡的εr
最小，其电气强度又比液体介质低很多，所以气泡必
先发生电离。气泡电离后温度上升、体积膨胀、密度
电压作用时 间越短，液体的击 穿电压越高，因为 形成杂质“小桥” 需要时间。
稍不均匀电场中变压器油的伏秒特性曲线
在电压作用时间短至几个微秒时击穿电压很高，
击穿有时延特性，属电击穿；
电压作用时间为数十到数百微秒时，杂质的影响
还不能显示出来，仍为电击穿，这时影响油隙击
穿电压的主要因素是电场的均匀程度；
3.1液体电介质的击穿特性
液体电介质的击穿机理
影响液体电介质击穿电压的因素
提高液体电介质击穿电压的方法
液体电介质不仅具有较高的电气强度，而且它的流 动性使其还具有散热和灭弧作用，同时可以与固体 介质结合，填充固体电介质的空隙，从而大大提高 绝缘的局部放电起始电压和绝缘的电气强度 液体介质主要有天然的矿物油（变压器油、电容器 油和电缆油）和人工合成油（硅油）
电压作用时间更长时，杂质开始聚集，油隙的击
穿开始出现热过程，于是击穿电压再度下降，为
热击穿。
5、油压的影响
不论电场均匀度如何，工业纯变压器油的工频 击穿电压总是随油压的增加而增加，这是因为油中 气泡的电离电压增高和气体在油中的溶解度增大的
缘故。
三、提高液体电介质击穿电压的方法
1. 提高以及保持油的品质
减小，这促使电离进一步发展。电离产生的带电粒子 撞击油分子，使它又分解出气体，导致气体通道扩大。 许多电离的气泡在电场中排列成气体小桥，击穿就可 能在此通道中发生。
（三）工程用变压器油的击穿过程及其特点
可用气泡击穿理论来解释击穿过程，它依赖于 气泡的形成、发热膨胀、气泡通道扩大并积聚成小桥， 有热的过程，属于热击穿的范畴。 由于水和纤维的εr很大，易沿电场方向极化定 向，并排列成杂质小桥。
二、影响液体电介质击穿电压的因素
1. 杂质（悬浮水、纤维）
杂质的存在将极 大地降低液体的击穿 电压。电场越均匀、 电压作用时间越长， 杂质的影响越大。微 量水分与变压器油的 击穿电压关系如图
变压器油的工频击穿电压和含水量的关系
耐压试验 用标准油杯来检查油的质
量 平板电极间电场均匀，油 中稍有受潮、含杂，击穿电压 就明显下降 规程规定：对于变压器油 ，在此油杯中的工频击穿电压 要求在 2540kv以上 ( 与设备的 额定电压有关)；电缆和电容器 的用油，在油杯中的击穿电压 常要求在50或 60kv以上
3.2固体电介质的击穿特性
固体电介质的击穿机理
影响固体电介质击穿电压的因素
一、液体电介质的击穿理论
纯净的液体电介质：
电击穿理论； 气泡击穿理论。
工程用液体电介质：气泡小桥击穿理论；
(一) 电击穿理论
在外电场足够强时，电子在碰撞液体分子可引起 电离，使电子数倍增，形成电子崩。同时正离子在阴 极附近形成空间电荷层增强了阴极附近的电场，使阴 极发射的电子数增多，导致液体介质击穿。
水在变压器油中有两种状态： ①溶解状态:高度分散、且分布非常均匀；
②悬浮状态:呈水珠状一滴一滴悬浮在油中。
2. 温度 水分在液体 中的存在形式受温 度的影响，随着温 度的升高，水分从 冰逐渐转变为悬浮 状态的水滴、溶解 状态的水和水蒸气。 当水处于溶解状态
时，对液体的影响 最小。
标准油杯中变压器油工频击穿电压与温度的关系 1-干燥的油； 2-受潮的油
3 电场均匀度 在冲击电压下，由于杂质来不及形成小桥，故改善电 场总是能显著提高油隙的冲击击穿电压，而与油的品 质好坏几乎无关。 优质油：保持油不变，而改善电场均匀度，能使工频 击穿电压显著增大，也能大大提高其冲击击穿电压。 品质差的油：改善电场对于提高其工频击穿电压的效 果较差。
4. 电压作用时间
3. 绝缘层 在金属电极表面紧贴较厚的固体绝缘层。因该固体的介电常数大 于液体介质，从而减小了电极附近的电场强度，防止电极附近局部放电 的发生；适用于不均匀电场。在变压器中常在高压引线和屏蔽环包裹较 厚的绝缘层。
屏障
是放置在电极间油隙中的固体绝缘板。它能机械地阻隔杂质“小 桥”成串，而且能够在不均匀电场中起到聚集空间电荷、改善电场分布 的作用。适用于均匀电场和不均匀电场中电压作用时间较长的情况。对 于作用时间很短的冲击电压，则通过阻挡光子的传播来阻碍流注的发展， 提高冲击击穿电压。在变压器中常利用绝缘板做成圆筒、圆环等形状， 放置在铁芯与绕组、低压绕组与高压绕组之间，并且常放置多个，将油 隙分成几个小油隙。
采用过滤等手段消除液体中的杂质，并且防止液体与空气接触从 空气中吸收水分。该方法能够避免形成杂质“小桥”，从而达到提高击 穿电压的目的。 2. 复盖层
在金属表面紧贴一层固体绝缘薄层，使“小桥”不能直接接触电 极，从而在很大程度上减小了泄漏电流，阻断了“小桥”热击穿的发展。 适用于油本身品质较差，电场较均匀、电压作用时间较长的情况。在变 压器中常利用较薄的绝缘纸包裹高压引线和绕组导线。
发生两种情况：
(1)杂质小桥尚未接通电极时，则纤维等杂质 与油串联，由于纤维的εr大以及含水分纤维的电 导大，使其端部油中电场强度显著增高并引起电离，
于是油分解出气体，气泡扩大，电离增强，这样下
去必然会出现由气体小桥引起的击穿。
(2)如果杂质小桥尚未接通电极，因小桥的电 导大而导致泄漏电流增大，发热会促使汽化，气 泡扩大，发展下去会出现气体小桥，使油隙发生 击穿。
电气安全与电气试验
第三章 液体和固体电介质的击穿特性
液体、固体电介质的电气强度比常压下的空气高很 多，用它们作为绝缘介质，可以大大缩小导体间的 绝缘距离，从而减小电气设备的体积 液体、固体电介质是电气设备内绝缘的主要绝缘材 料 外绝缘属于自恢复绝缘，内绝缘属于非自恢复绝缘
内绝缘的电气强度是用其所能耐受住的试验电压来 衡量的，试验电压是根据系统可能的过电压水平而 选定的