固体电介质的击穿特性、击穿形式及原理

一、固体电介质的击穿特性

固体介质的击穿与气体、液体电介质相比，主要有以下不同：

(1)固体电介质击穿场强高。固体电介质击穿场强一般比气体和液体电介质高，例如，在均匀电场中，云母的工频击穿场强可达2000～3000kV/cm。

(2)固体电介质绝缘具有非自恢复性。固休电介质击穿后会留下痕迹，如贯穿电极孔道、开裂，撤去电压后不能像气体电介质那样恢复原有的绝缘性能。

(3)固体电介质具有累积效应。固体介质在冲击电压作用下绝缘损伤会扩大甚至击穿，这种现象称为累积效应。大部分有机材料有明显的累积效应，玻璃、云母等无机材料没有明显的累积效应。

(4)固体电介质击穿具有体积效应。固体电介质击穿场强分散性很大，这与材料的不均 匀性有关。加大试样的面积和体积，使绝缘材料弱点出现的概率增大，会使击穿场强降低，这就是所谓击穿的体积效应。图TYBZ01403002-1 给出了聚乙烯的短时击穿强度与绝缘厚度的关系，由图可见，随着绝缘厚度的增加，击穿强度大大降低。因此在小试样的短时样上的试验结果并不适用于大尺寸的绝缘结构。

二、固体电介质的击穿形式

1.电击穿

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，其击穿过程与气体相似。在介质的电导很小，又有良好的散热条件，且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击穿场强高，可达10⁵~10⁶kV/m；②与周围环境温度无关；③除时间很短的情况，与电压作用时间关系不大；④介质发热不显著；⑤电场均匀程度对击穿有显著影响。

2.热击穿

固体介质会因介质模耗而发热，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。

在交流电压和直流电压下的热击穿理论相同，但由于直流电压下的介质损耗较小，所以真流电压下，正常未受潮的绝缘很少发生热击穿。交流电压频率升高时，介质损耗迅速增大，热击穿的概率也大大增加，有时需要采取冷却措施，如中频感应加热设备的电容器，一般需要在夹层中通冷却水加以冷却。

由于热击穿所需时间较长，常常需要几个小时，故冲击电压作用下固体介质常发生电击穿，而不发生热击穿。另外，即使提高工频试验电压，热击穿也常常需要好几分钟。因此绝缘试验中常用的1min耐压不能考验固体介质的热击穿特性，例如，对带电作业的操作工具的耐压试验要求施加电压5min。

3.电化学击穿

固体介质在长期工作电压作用下，由于介质内部发生局部放电等原因，使绝缘劣化，电气强度逐步下降并引起击穿的现象称为电化学击穿。

局部放电是介质内部缺陷(如气隙或气泡)引起局部性质的放电，是引起电化学击穿的重要因素。提高局部放电电压的措施有：

(1)提高气隙击穿场强，如充油设备用高油压来提高油中气隙的击穿场强。

(2)设法用油或高强度气体填充空穴，如用于电容器、电缆、互感器及电容套管中的油纸绝缘，多层介质用油浸渍均可有效提高局部放电电压。