固体电介质的击穿特性
第8课-固体电介质的击穿
电介质的耐热等级
介质热老化的程度主要决定于温度及介质经受 热作用的时间。为此国际电工委员会按照材料 的耐热程度划分耐热等级。如
Y 90 A 105 E 120 B 130 F 155 H 180 C >180℃
根据这个绝缘耐热等级可以进行设备运行负荷 的最佳经济性设计
电介质的耐寒性
耐寒性则是绝缘材料在低温下保证安全 运行的最低许可温度，否则，固体可能 变脆、开裂，液体可能凝固。如10、25、 40 号变压器油分别表示其凝固温度为 10、-25、-40℃
3）. 热击穿
例：实验曲线分A、B两个范围 在A范围内：击穿电压和介质温度无关，属于电击穿性质 在B范围内：当温度超过某临界值后，击穿电压随介质温 度的增加而下降，这表明击穿已涉及到明显的热过程
Ub （kV）（有效值）
50 40 30 20 10 0 0 20 40 60 A B
80 100 120 140 θ cr
击穿电压为一分钟耐压的百分比数 （％）
500 450 400 350 300 区域B 区域A 250 Φ 50 200 150 100 50 0 Φ 100 μs
A、B 区：击穿属于电击穿 C 区： D 区： 属于热击穿 为电化学击穿、 电老化，击穿时 间在几十个小时 以上，甚至几年
区域C
15.3
固有击穿理论：单位时间内传导电子从电场中获 得的能量和因碰撞而失去的能量不平衡引起破坏，
称之为固有击穿理论
电子崩击穿理论：当上述平衡破坏后，电子整体 上得到加速，与晶格产生碰撞电离，反复碰撞形 成电子崩，电场作用下给电子注入能量激增，导 致介质结构破坏，称之为电子崩击穿理论
电击穿的特点
时间影响：电压作用时间短，击穿电压高 介质特性：如果介质内含气孔或其它缺陷，对电 场造成畸变，导致介质击穿电压降低 电场均匀度：电场的均匀程度影响极大 累积效应：在极不均匀电场及冲击电压作用下，介质有 明显的不完全击穿现象，不完全击穿导致绝缘性能逐渐 下降的效应称累积效应。介质击穿电压会随冲击电压施 加次数的增多而下降 无关因素：击穿电压和介质温度、散热条件、介质厚 度、频率等因素都无关
高电压技术：3.3 固体电介质的击穿
（2）热击穿的理论分析
– 电介质发热曲线1,2,3对应于电压U 1＞U 2＞U 3 – 直线4表示固体介质中最高温度大于周围环境温度t0时,散
出的热量Q与介质中最高温度tm的关系 – 曲线1: 发热永远大于散热,介质温度t不断升高,在U1下最终
发生热击穿. – 曲线3:
t≤ta时,不发生热击穿,介质温度升高最终稳定到ta,ta称为稳 定热平衡点; t>tb时,类似曲线1,发生热击穿; t=tb时,发热=散热,介质温度不上升,但是一旦稍有扰动,温度 升高,则介质升温直至热击穿,tb称为不稳定热平衡点; ta<t<tb,不发生热击穿,介质温度最终将稳定在ta. – 曲线2与直线4相切,U2为临界击穿电压,tk为临界击穿温度.
发生碰撞电离，破坏了固体介质的晶格结构，使电导增 大而导致击穿。
（2）、电击穿理论的分类
➢以碰撞电离开始作为击穿判据。称这类理论为碰撞电离理 论，或称本征电击穿理论。 ➢以碰撞电离开始后，电子数倍增到一定数值，足以破坏电 介质结构作为击穿判据。称这类理论为雪崩击穿理论。
5
• 本征击穿理论：在某一场强值内，电场作用下单位 时间内电子获得的能量和电子碰撞损失的能量平衡， 当场强增加到使平衡破坏时，碰撞电离过程便立即 发生
• 电子崩击穿理论：当上述平衡破坏后， 电子整体 上得到加速，与晶格产生碰撞电离，反复碰撞形成 电子崩，电场作用下给电子注入能量激增，导致介 质结构 破坏，称之为电子崩击穿理论
6
（3）特点：
a.击穿场强高（5—15MV/cm）； b.电压作用时间短，作用时间越短，击穿电压越高， b.电介质发热不显著，击穿电压与环境温度无关； c.电场均匀程度对击穿电压有显著影响。
22
• 表面漏电起痕与电蚀损
液体和固体介质的电气特性
杂质中εr大
油中电场强度 增高 油分解出气体 气泡扩大
气泡因电 离或发热而 不断扩大， 排列成气体 小桥贯穿两 极，液体最 终在气体通 道中击穿
引起油电离
6/90
高电压技术
第三章 液体和固体介质的电气特性
第二节 液体电介质的击穿 二．影响液体电介质击穿电压的因素
1. 液体介质本身品质的影响
① 含水量 液态水在油中的两种状态： 以分子状态溶解于油中， 对击穿电压影响不大 以乳化状态悬浮在油中， 易形成“小桥”使击穿电 压明显下降 含0.1%的水分，油的击穿电 压降到干燥时的15%~30%
米
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高电压技术
第三章 液体和固体介质的电气特性
第二节 液体电介质的击穿
2. 温度
干燥的油（曲线1）：随油温升 高，电子碰撞电离过程加剧，击 穿电压下降 潮湿的油（曲线2） 温度由0℃开始 上升：一部分水 分从悬浮状态转为害处较小的溶 解状态，使击穿电压上升； 超过80 ℃后：水开始汽化，产生 气泡，引起击穿电压下降，在60 ℃～80℃间出现最大值
5/90
高电压技术
第三章 液体和固体介质的电气特性
3. 工程液体电解质的击穿（变压器油）
工程液体的特点：含有杂质、纤维等， εr很大（变压器油εr=2.2）
由于水和纤维的εr很大，易沿电场方向发生极化，并排列成杂质小桥。
杂质中电导大 小桥 击穿 理论 水分汽化
泄漏电流增加 ，导致发热
气泡扩大
3/90
高电压技术
第三章 液体和固体介质的电气特性
2. 纯净液体电介质的气泡击穿理论
击穿过程 液体中出现气泡 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 气泡εr 最小，将承担高场强，且 电气强度比液体介质低很多 气泡电离后温度 上升、体积膨胀 、密度减小 气泡先发 生电离
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
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
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。
第二章_液体、固体电介质的电气性能
对串、并联电路，有：P1=P2
CP
CS
1tg2
一般tgδ＜＜1，即tg2δ 0,
所以CP≈CS=C,则 P=P1=P2=U2ωCtgδ
4.电介质的损耗及其影响因素 影响电介质损耗的因素主要有温度、频率和电
压。不同的电介质所具有的损耗形式不同，从而温 度、频率和电压对电介质损耗的影响也不同。 5.介质损耗在工程实际中的应用
固体电介质的表面电导主要由表面吸附的水分
和污物引起，介质表面干燥、清洁时电导很小。介
质吸附水分的能力与自身结构有关。 有亲水性介质
和憎水性介质。
所以，介质的绝缘电阻实际上是体积电阻和表
面电阻两者的并联值
R RV RS RV RS
RS---表面泄漏电阻
RV---体积泄漏电阻
5.影响电介质电导的主要因素
IEC规定的电工绝缘材料的耐热等级（最高持续温度）：
Y（O） A
E
B
F
H
C
90 105 120 130 155 180 220℃
如果材料使用温度超过上述规定，绝缘材料 就将迅速老化，寿命大大缩短。实验表明，对A级 绝缘，温度每增加8℃，则寿命缩短一半左右，这 通常称为热老化的8℃原则。对B级和H级绝缘材料 而言，当温度每升高10℃和12℃时，寿命也将缩 短一半。
1.介电常数
组合绝缘的相对介电 常数ε为
S
(1 x) x S
x
s --固体电介质的相对介电常数
x --浸渍介质的相对介电常数
2.介质损耗
组合绝缘的组合绝缘的总介质损失角正切为
tg1(t1g xS xS )x 1(t1g xxxS )x
tg S --固体电介质的介质损失角正切
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。
第2节固体电介质的击穿特性
• 一、固体介质的击穿理论 • (一)电击穿理论 • 1、固体介质的电击穿是指仅仅由于电场的 作用而直接使介质破坏并丧失绝缘性能的 现象。 • 2、在介质的电导很小，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，击穿场强 可达105-106kV/m。
3、电击穿的主要特征：
电化学击穿电压的大小与施加电压时间的关系非常
密切，但也因介质种类的不同而异。图3—23是三种固体 介质的击穿场强随施加电压的时间而变化的情况：
曲线l、2下降较快，表 示聚乙烯、聚四氟乙烯 耐局部放电的性能差； 曲线3接近水平，表示 硅有机玻璃云母带的击 穿场强随加电压时间的 增加下降很少。 可见无机绝缘材料耐局部放电的性能较好。
• (二)电场均匀程度 • 处于均匀电场中的固体介质，其击穿电压 往往较高，且随介质厚度的增加近似地成 线性增大； • 若在不均匀电场中，介质厚度增加使电场 更不均匀，于是击穿电压不再随厚度的增 加而线性上升。当厚度增加使散热困难到 可能引起热击穿时，增加厚度的意义就更 小了。
常用的固体介质一般都含有杂质和气隙，这时即 使处于均匀电场中，介质内部的电场分布也是不均匀
超过某个温度后将发生热击穿，温度越高热击穿电
压越低；如果其周围媒质的温度也高，且散热条件
又差，热击穿电压更低。因此，以固体介质作绝缘
材料的电气设备，如果某处局部温度过高，在工作 电压下即有热击穿的危险。
• (四)受潮 • 受潮对固体介质击穿电压的影响与材料的性质有 关。 • 对不易吸潮的材料，如聚乙烯、聚四氟乙烯等中 性介质，受潮后击穿电压仅下降一半左右； • 容易吸潮的极性介质，如棉纱、纸等纤维材料， 吸潮后的击穿电压可能仅为干燥时的百分之几或 更低，这是因电导率和介质损耗大大增加的缘故。 • 所以高压绝缘结构在制造时要注意除去水分， 在运行中要注意防潮，并定期检查受潮情况。
高电压工程课件
间的全部电容为
CCaCCggCCbb CaCb
•高电压工程
•20
高电压工程基础
如果电极间加上瞬时值为u的交变电压，当介 质的tanδ很小时，则Cg上分配到的电压瞬时值为
ug
u Cb Cg Cb
•高电压工程
•21
高电压工程基础
当ug随u增加达 到气隙放电电压Ug时， 气隙发生放电，放电
Cg每次放电时，其放电电荷量为：
Q rC gC C aa C C bb(U gU r)(C gC b)(U gU r)
Qr称为真实放电量，但由于Cg、Cb和Ca实际上都 是无法测定的，所以Qr也无法测定。
•高电压工程
•25
高电压工程基础
由于气隙放电使气隙上电压下降 U =Ug﹣Ur，必引 起Cb上的电压增加 U。随着Cb上电压的增加，需要补
式中 A——比例常数
单位时间内散出的热量Q2：
Q2 (tto)S
σ——散热系数；
S ——散热面积。
介质的发热和散热与温度的关系
•高电压工程
•6
高电压工程基础
热击穿的主要特点： 1）击穿电压随环境温度的升高呈指数规律
下降； 2）击穿电压直接与介质的散热条件相关。 ➢ 介质厚度 ➢ 加压时间 ➢ 电压频率或介损
（约大一个数量级）。
•高电压工程
•31
高电压工程基础
二、气泡击穿理论
不论由于何种原因使液体中存在气泡时，由
于在交变电压下两串联介质中电场强度与介质介
电常数成反比，气泡中的电场强度比液体介质高，
而气体的击穿场强又比液体介质低得多，所以总
是气泡先发生电离，这又使气泡的温度升高，体
第二十一讲 固体电介质的击穿
5 其它击穿机制
1）树枝化击穿 在电场作用下，在固体电介质中形成一种树枝装气化痕迹。树 枝是充满气体的直径为数微米以下的细微“管子”组成的通道，树 枝化主要发生在高分子电介质中。
原因： ①.局部放电；或电场局部集中；或在脉冲电压作用——电树枝 ②.因水分和潮气在缓慢发生——水树枝。 ③.环境化学污染或材料中存在杂质和腐蚀性气体引起的电化学 树枝。 聚合物树枝化后并没有击穿，但树枝化是一个很重要的击穿潜 伏因素。经过一定过程后，最终导致聚合物击穿，树枝化的最大特 点是要经过较为冗长的过程才能导致树枝引发乃至最后击穿。
1 2
W （ （ 1 Tm ) W 2 Tm )
对于面积为 A、厚度为 d 的试样施加直流电压 U，着介质中只有漏 导电流发热。若式样电导率为 γ，则电导为 G d ， 2 此时电介质的发热功率为： W1 GU
' B T 因为 A e
A
AA' 2 B T W1 (U , T ) 所以 W1 d U e W1 是电压 U 和介质温度 T 的函数，随温度指数上升。
2 ）电机械击穿 平板固体电容器加电压后，极板间充上异性电荷，极间电场为E，两极 上异性电荷的相互作用，造成两极间存在相互吸引力，这个引力使极间介质 受到挤压而发生变形，由于高聚物介质弹性模量很小（比陶瓷等小两个数量 级），挤压作用会使介质厚度明显减薄，电压不变，场强增大。如果温度升 高，材料杨氏模量减小，试样厚度进一步减小，这就使得在电压不变的情况 下，电场进一步升高，最终导致击穿。 3） 沿面放电 沿固体电介质表面发生的气体击穿现象称沿面放电，也称表面闪络。 沿面放电与固体电介质的表面状况和表面洁净程度密切相关。沿面放电 电压明显低于纯气隙放电电压。机制表面受潮或污染时，放电电压则更 低。
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题目：固体、液体和组合绝缘的电气强
讲授内容提要：
1.固体电介质的击穿特性
2.液体电介质的击穿特性
教学目的：掌握固体液体电击穿、热击穿理论
教学重点：理解影响固体液体击穿电压的因素及提高击穿电压的方法教学难点：理解各种电场在不同电压下的击穿电压
采用教具和教学手段：多媒体及板书
授课时间：2014年9月1日授课地点：新教学楼1108教室注：此页为每次课首页，教学过程后附；以每次（两节）课为单元编写教案。
第四章 固体、液体和组合绝缘的电气强度
本次课主要内谷：
1. 固体电介质的击穿特性
2. 液体电介质的击穿特性
固体电介质击穿的机理
气、固、液三种电介质中，固体密度最大，耐电强度最高。
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。
1. 固体电介质击穿特性的划分
2. 电击穿 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，从而击 穿。
3. 热击穿
由于介质损耗的存在，固体电介质在电场中会逐渐发热升温，温度 升高导致固体电介质电阻下降，电流进一步增大，损耗发热也随之增大C 在电介质不断发热升温的同时，也存在一个通过电极及其它介质向外不 断散热的过程。
如>%城比分百
的
压耐
钟
分
一
为
压
电
穿
击
00
时间（LS ）
5500550055005500550 44 3 3 2
2 1 1
果同一时间内发热超过散热，则介质温度会不断上升, 以致引起电介质分解炭化，最终击穿，这一过程称为电介质的热击穿过程。
影响固体介质击穿电压主要因素
电压的作用时间
温度
电场均匀度和介质厚度
电压频率
受潮度的影响
机械力的影响
多层性的影响
累积效应的影响
提高电介质击穿电压的方法
改进绝缘设计如采取合理的绝缘结构，使各部分绝缘的耐电强度能与共所承担的场强有适当的配合；改善电极形状及表面光洁度，尽可能使电场分布均匀，把边缘效应减到最小；改善电极与绝缘体的接触状态, 消除接触处的气隙或使接触处的气隙不承受电位差。
改进制造工艺清除固体电介质中残留的杂质、气泡、水分等
改善运行条件注意防潮，加强散热冷却等。
固体电介质的老化
老化一一电气设备的绝缘在长期运行过程中会发生一系列物理变化（如固体介质软化或熔解，低分子化合物及增塑剂的挥发）和化学变化（如氧化，电解，电离,生成新物质）,致使其电气，机械及其他性能逐渐劣化。
1.环境老化：光氧老化（主要）、臭氧老化、盐雾酸碱等污染性化学老
化。
2 .固体电介质的电老化在电场的长时间作用下逐渐使介质的物理、化学性能发生不可逆的劣化，最终导致击穿。
电老化的类型：电离性老化、电导性老化和电解性老化。
前两种主要在交流电压下产生，后一种主要在直流电压下产生
3.热老化在较高温度下，固体介质会逐渐热老化。
热老化的主要过程为热裂解、氧化裂解、交联、以及低分子挥发物的进出。
热老化的象征大多为介质失去弹性，变僵硬，变脆.发生龟裂。
设备“绝缘寿命” 与其“工作温度”之间的关系：
蒙辛格热老化规则：T 二Ae八
该类设备绝缘的工作温度如提高10C（或8C, 6C）,绝缘寿命便缩短到原来的一半。
液体电介质击穿的机理
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
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 ） U极凸旭处的电晕弓起液体气化“
串联介质中，场强的分布与介质的介电常数成反比-局放-热-体积膨胀-气体小桥
3.非纯净液体电介质的小桥击穿理论
液体中的杂质在电场力的作用下，在电场方向定向，并逐渐沿电力线方向排列成杂质的“小桥
水分及纤维等的电导大，引起泄漏电流增大、发热增多，促使水分汽化、气泡扩大
液体电介质最后在气体通道中发生击穿
影响液体电介质击穿电压的因素
用标准油杯来检查油的质量
平板电极间电场均匀，油中稍有含水、含杂，含气等击穿电压就
明显下降
规程规定用来灌注高压电力变压器等的变压器油，在此油杯中的工频击穿电压要求在25 40kV以上（与设备的额定电压有关）；灌注高压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
提高液体电介质击穿电压的方法
1 提高并保持油的品质
2 绝缘覆盖层：
小于1 毫米—阻止小桥直接接通电极—电流小
3 绝缘层：几十毫米—曲率大的电极—阻止强场区产生—不电晕
4 屏障：阻止小桥连通阻挡电极电离的电子—均匀电场。