电离、2光电离、3热电离和4表面电离。
碰撞电离——带电质点在强电场作用下高速运动，撞击中性气体分子引起的电离。
光电离——光辐射引起的气体原子的电离称为。
表面电离（或表面发射）——在外界因素作用下，电子可能从电极表面逸出。引起表面发射电子的因素有多种，例如在强电场作用下，可使阴极表面释放出电子；正离子快速运动碰撞阴极表面，也可能使阴极释放出电子；金属表面受到光照射也会放射电子。
热电离——是指气体热状态下引起的电离过程。例如，在高温下，气体质点高速运动，互相碰撞产生碰撞电离。此外，高温气体
一、空气间隙的击穿机理1. 电离
如果没有外界影响，在通常情况下，气体是不导电的良好绝缘体。但是，由于受各种因素的影响，气体原子可能会出现电离（也称游离），形成自由电子和正离子，从而在空气中产生少量带电粒
电气设备的绝缘性能与所使用的绝缘介质性能密切相关。为了正确判断电气设备的绝缘状况，在对电气设备进行绝缘试验时，针对不同的绝缘介质所采用的试验手段也有不同的考虑。因此，电气试验人员必须了解有关电气绝缘的基础知识。本章介绍不同电气介质的绝缘性能及影响介质击穿的有关因素。
第一节 气体介质的绝缘特性电力系统架空电力线路和电气设备的外绝缘通常采用空气间隙子。根据引起电离因素不同，有不同的电离形式。通常分为1碰撞
作为绝缘隔离。本节重点介绍空气间隙的击穿机理和影响空气间隙击穿电压的各种因素。除了空气间隙绝缘之外，还有一些特殊气体，例如SF6（六氟化硫）气体。它们作为电气绝缘介质在开关设备中得到广泛使用，因此，对这一类气体的绝缘性能也作相应介绍。
的热辐射也能引起光电离。
2. 空气间隙的击穿过程
由于受各种电离因素的影响，空气间隙中会产生少量带电粒子。在电场作用下，这些带电质点沿电场方向运动。如果空气间隙上施加的电压足够高，电场强度足够大，带电粒子的运动速度加快，出现强烈的碰撞电离，形成电子崩。由许多电子崩产生大量正负带电质点形成的游离通道称为“流注”。当流注发展到把空气间隙两极接通时，整个间隙随之击穿。在电场作用下快速移动碰撞电离电子崩大量正负带电质点少量带电粒子流注（1）碰撞电离。空气间隙中，处于电场中的带电质点，除了
经常作不规则的热运动外，还受极间电压电场力的作用，沿电场方向运动，并不断加速积累动能。当所积累的动能达到足够数值，与其他中性气体分子（或原子）发生碰撞时，会使后者失去电子，形成新的自由电子和正离子，这种现象称为“碰撞电离”。
碰撞电离是气体放电过程中产生带电质点的极重要来源。由于正、负离子的质量比电子大得多，受电场作用时，电子的运动速度比正、负离子大得多，因此，在气体放电过程中，碰撞电离主要是由自由电子与气体分子（或原子）相撞而引起的。
（2）电子崩。气体间隙中自由电子在电场力作用下从阴极流向阳极过程中与其他中性分子发生碰撞电离，产生出新的电子。新生电子与原来的初始电子一起向阳极快速运动，也参与碰撞电离。这样，就出现了一个迅猛发展的碰撞电离，如同冰山上的雪崩一样，间隙中的带电质点数目急剧增加，形成所谓“电子崩”。
电子崩的形成及电荷分布如图2－1所示。从图2－1（a）可见，气体中的电子数目由1变为2，又由2变为4，成几何级数急剧增加。从图2－1（b）可见，电子崩中的电荷分布以正离子为主。由于电子的质量轻，运动速度快，绝大多数都集中在电子崩的头部。而正离子由于运动速度比自由电子慢得多，滞留在产生时的位置上，缓慢地向阴极移动。
气体间隙中出现电子崩时，通过间隙的电流随之增加，但此时间隙并不击穿。必须进一步增高电压，才能使间隙击穿。
（3）非自持放电和自持放电。气体间隙放电可分为非自持放放电。不需要外界其他电离因素，而仅依靠电场本身的作用就能维（4）流注。所谓“流注”，是指空气间隙中往两极发展的充满正、负带电质点的混合等离子通道。
均匀电场中，气体间隙局部达到自持放电时，会出现电晕放电，但
均匀电场中，气体间隙一旦出现自持放电，同时即被击穿。在极不
的放电仍属于非自持放电，间隙尚未击穿。流过间隙的电流虽然有增加，但仍然很小，远小于微安级。
电和自持放电。必须依靠外界电离因素才能维持的放电称为非自持发生自持放电时，气体间隙是否击穿与电场是否均匀有关。在
持的放电，称为自持放电。1）二次电子崩。流注的形成与二次电子崩有关。
如图2－2（a）所示，当空气间隙极间电场足够强时，一个由外界游离因素作用产生的初始电子快速从阴极奔向阳极，途中不断产生碰撞电离，发展成电子崩（初始电子崩）。在图2－2中，初始电子崩的头部靠近正极的地方有几个向外的箭头，这是表示由电子崩头部的大量正离子形成的空间电荷，使附近电场大大增强并严重畸变，电子和正离子强烈复合，并向周围发射大量光子，使附近气体中出现光电离而产生新的电子，称为二次电子。由于受到大量空间正电荷强电场力的吸引，这些由光电离产生的二次电子快速向正电荷区域运动，途中发生碰撞电离，形成新的电子崩，称为二次电子崩。
2）流注的形成。从图2－2（b）、（c）可见，在二次电子崩的头部有大量电子进入初始电子崩的正空间电荷区内，与之混合成为充满正、负带电质点的混合等离子通道，即形成流注。
形成流注的过程是：初始电子崩形成正空间电荷，使原电场加强并发生畸变，正负电荷急剧复合时向周围发射光子，引起光电离，产生二次电子，形成二次电子崩，许多二次电子崩与初始电子崩汇合成流注。
放电流程图：有效电子(经碰撞游离)---电子崩(畸变电场)---发射光子(在强电场作用下)---产生新的电子崩(二次崩)---形成混质通道(流注)---由阳极向阴极(阳极流注)或由阴极向阳极(阴极流注)击穿。
从上面介绍可知，空气间隙的击穿与二次电子崩形成流注有关。二次电子崩可以从四周不同方位向流注头部会合［见图2－2（C）］，故流注头部的推进可能有曲折和分支。当由于某一偶然因素使流注按某一方向发展较快时，它将抑制其他方向流注的形成和发展。因此气体间隙的放电通道一般都很狭窄，当间隙击穿时，会出现很细很亮的放电通道。
3）阳极流注和阴极流注。如图2－2所示，流注从空气间隙的阳极向阴极发展，称为阳极流注，也称为正流注，它与初始电子崩的发展方向相反。当流注通道把两极接通时，空气间隙中充满了正、负带电质点，整个间隙完全击穿。
如果作用在空气间隙上的电压特别高，则在初始电子崩从阴极向阳极发展的途中，即已出现二次电子崩，形成流注。当初始电子崩到达阳极时，流注随即贯通整个间隙，这种流注其发展方向与初始电子崩相同，从阴极向阳极发展称为阴极流注，也称为负流注。
二、均匀电场中气体间隙击穿电压与气体密度的关系1. 气体间隙击穿电压与气体密度的关系
在均匀电场中，气体间隙的击穿电压与气体密度有关，因而与
压力有关。当温度不变而压力变化时，气体的密度发生变化。压力升高，密度增大。电子在从阴极向阳极的运动过程中，极容易与气体分子发生碰撞，平均每两次碰撞之间的自由行程缩短。如果自由行程太短，则发生碰撞时电子积聚的动能不足，因而不能使气体分子电离，气体间隙不容易击穿，因此击穿电压会升高；反之，当气体压力减小时，密度减小，电子在向阳极运动过程中不容易与气体分子发生碰撞。虽然碰撞次数减少，但自由行程大大增加，动能积聚增多，容易使气体分子电离，击穿电压降低。但如果气体过于稀薄，也就是说密度太小，碰撞次数太少，气体间隙的击穿电压同样升高。（汽车、保龄球）
2. 巴申定律
在均匀电场中，气体间隙的距离一定时，间隙的击穿电压与气体压力产有关。当压力在某一特定数值时，间隙的击穿电压达到最低。这时如果增大或减小压力，间隙的击穿电压都会增高。物理学家巴申总结出下列定律：当气体种类和电极材料一定时，均匀电场中气隙的放电电压UF是气体压力p和间隙极间距离S乘积的函数，即
UF ＝f（pS） （2－1）
均匀电场中几种气体间隙的击穿电压UF与pS乘积的关系曲线如图2－3的曲线所示。
p58 三、电场是否均匀对空气间隙击穿电压的影响
“持续作用电压”，指的是工频交流电压和直流电压，以区别于存有些开关设备的工作原理就是利用了气体间隙的击穿电压与气体密度的这一关系。例如真空断路器就是利用高真空来提高断路器断口的击穿电压；而压缩空气断路器则是利用足够高的气压来提高断口的击穿电压。采用压缩空气时，在高气压下如果出现放电，空气中的氧容易引起绝缘物燃烧，因此常用氢、氮、二氧化碳代替空气。
在时间极短、变化速率很大的雷电冲击电压和操作冲击电压。1. 均匀电场气隙在稳态电压下的击穿特性均匀电场中电极布置对称，因此不存在极性效应。均匀电场气隙中各处电场强度相等。一旦气隙中某处放电，整个气隙立即击穿，击穿电压与电压作用时间基本无关。直流击穿电压与工频击穿电压的峰值实际上相同。
均匀电场气隙中一旦出现自持放电，间隙即被击穿，形成电弧放电或火花放电。因此，在均匀电场气隙中不会出现电晕放电现象。
气体间隙的击穿电压与电场是否均匀有关。在标准大气压下，温度为20℃时，均匀电场中空气间隙的击穿场强大约为30kV／cm（峰值）。直流击穿电压和工频交流击穿电压的幅值接近相等。与均匀电场相比，不均匀电场中空气间隙的击穿电压大大下降，具体数据还与电极形状、间隙距离长短、作用电压种类（直流、交流或冲击电压）有关。如果是直流和冲击电压，还要考虑极性效应的影响。例如极不均匀电场的间隙距离大于50m时，负极性的直流击穿电压（负极施压，正极接地）平均击穿场强约为
10kV／cm，而正极性的直流击穿场强平均约为4.5kV／cm，与均匀电场的击穿场强30kV／cm相比，下降很多。
下面对均匀电场、稍不均匀电场和极不均匀电场空气间隙在稳态电压作用下的击穿特性作一比较。所谓“稳态电压”，也称作
3. 极不均匀电场气隙在稳态电压下的击穿特性
1棒－棒间隙和2棒－板间隙构成的电极间隙是典型的极不均匀电场。尤其是棒－板间隙，由于两电极不对称，其不均匀程度更为严重。
现在以棒－板间隙为例，说明极不均匀电场的击穿特性。当作用在间隙上的电压足够高时，在棒形电极附近很小范围内电子碰撞
电场不均匀程度可以根据是否能维持稳定的电晕放电来区分：
电场，和均匀电场一样，击穿电压等于其自持放电电压。但是，稍必然会导致整个间隙立即击穿，称为稍不均匀电场。对于稍不均匀能维持稳定电晕放电的不均匀电场，一般可称为极不均匀电场。虽然电场不均匀，但还不能维持稳定的电晕放电，一旦放电达到自持，
2. 稍不均匀电场气隙在稳态电压下的击穿特性
在电力工程的大多数绝缘结构中，电场都是不均匀的。根据电场不均匀程度，不均匀电场又可分为稍不均匀电场和极不均匀电场。
不均匀电场中，空气间隙的平均击穿场强要比均匀电场时低。
高压实验室中测量电压用的1球间隙和2全封闭组合电器（GIS）的母线圆筒都是典型的稍不均匀电场。对于球间隙，只有当金属球的直径D比球间隙距离S大得多时，才属于稍不均匀电场。如果S比D大得多，则属于极不均匀电场。因此在高压试验中采用的球间隙一般应保证S≤0.5D。
有击穿。这种放电现象就是电晕放电。随着电压增加，电晕层扩大，电晕电流增大。当电压增加到足够高时，在间隙中突然出现贯通两电极的放电通道，出现击穿。由
电离已达到相当程度时，间隙中大部分区域内电离程度仍然极小，实际上可以忽略不计。这时，初始电子崩只在电极附近很小的范围内发展起来，即使出现自持放电，如果极间电压尚不足以击穿整个间隙，电离只局限于棒形电极附近的很小范围内，在此区域开始出现薄薄的紫色莹光层。这时电流虽较前增加，但仍然极小，间隙没
此可见，在极不均匀电场中，间隙击穿电压远高于自持放电电压，
这时的自持放电电压只是开始发生电晕的电压，称为电晕起始电压。电场越不均匀，击穿电压与开始发生电晕的电晕起始电压间差别也越大。
由上述分析可见，从放电的观点来看，如果电场虽然不均匀，但却不能维持稳定的电晕放电，一旦出现自持放电，立即导致整个间隙击穿，这种电场只能算作稍不均匀电场，不能算作极不均匀电场。反之，如果是极不均匀电场，则应能维持稳定的电晕放电。
电晕放电会造成许多不利影响。气体放电过程中的光、声、热的效应以及化学反应等都要引起能量损耗；同时，放电的脉冲现象会产生高频电磁波，对无线电通信造成干扰；电晕放电还使空气发生化学反应，生成臭氧、氮氧化物等产物。臭氧、氮氧化物等产物是强氧化剂和腐蚀剂，会对气体中的固体介质及金属电极造成损伤或腐蚀。所以，在高压输电线路上应力求避免或限制电晕，特别是在超高压系统中，限制电晕引起的能量损耗和电磁波对无线电的干扰已成为必须加以解决的重要问题。
限制电晕最有效的方法是改进电极的形状，增大电极的曲率半径，例如采用扩径导线；在某些载流量不大的场合，可采用空心薄壳的、扩大尺寸的球面或旋转椭圆面等形式的电极。对于输电线路，通常采用分裂导线法来防止电晕的产生，就是将每相输电导线分裂为由几根导线组成，但总的截面积不变。分裂组合后的导线，相当
图2－12线路中的防旱措施
于增大了输电导线的半径，这样可以使导线表面的电场强度减小，从而限制电晕的形成，如图2－12所示。
（a）220kV管形母线；（b）500kV线路的四分裂导线
4. 均匀电场和不均匀电场工频击穿电压比较
（1）均匀电场的击穿电压。如前所述，均匀电场空气间隙击穿场强约为30kV／cm（峰值）。图2－4是在均匀电场中空气间隙的击穿电压UF、击穿场强EF和电极间距离SF的关系。图2－4中间隙距离S最大只有10cm，这是因为由于存在电极边缘效应，要制作长间隙均匀电场很是困难，因此只有间隙距离不太大的击穿电压实验数据。空气间隙击穿电压数值还与空气的密度有关；如果列举的击穿电压数据不加特别说明，是指在标准大气压下的数据。
（2）稍不均匀电场工频击穿电压。图2-4是不同直径D的球隙工频击穿电压峰值UF与球隙距离S的关系曲线。球隙电场的均匀程度和球间隙距离S与球直径D之比（S／D）有关。当
S／D≤1／2时，球隙形成的电场可视为稍不均匀电场。如果球隙距离S很大，而球的直径又很小，则接近棒－棒间隙，变成极不均匀电场。由图2－5可见，在同样球隙距离S时，球的直径D愈小，电场愈不均匀，间隙的击穿电压也愈低。
p62 四、气体间隙的直流击穿电压和极性效应
在均匀电场中，直流击穿电压和工频击穿电压的幅值接近相等。但在不均匀电场中，这个关系就不一定成立。对于电极形状不对称的棒－板间隙，直流击穿电压还与棒的极性有很大关系。当棒为正极时，间隙的直流击穿电压要远低于棒为负极时的直流击穿电压。这就是直流击穿电压的极性效应。
如图2-7所示，当棒为负极时棒－板间隙的击穿电压要比棒为正极时的击穿电压高出一倍多。这是由于棒－板间隙两个电极不对称，棒电极的曲率半径小，电场极不均匀，棒端电场强度大，首先引起碰撞电离和电子崩，在棒电极附近聚积正空间电荷引起极性效（3）极不均匀电场工频击穿电压。图2－6是极不均匀电场的工频击穿电压与极间距离的关系曲线，在极间距离相同时，棒－板间隙的击穿电压要低于棒－棒间隙的击穿电压。这是因为棒－棒间隙是对称电极，而捧－板间隙是不对称电极，形成的电场更不均匀，击穿电压更低。
应所致。
下面来解释棒－板间隙在直流电压作用下出现极性效应的原因。由于棒的曲率半径小，电场极不均匀。无论棒为正极或者棒为负极，棒极附近的电场强度都是最大，碰撞电离最为剧烈，电子崩在棒极附近首先出现。如图2－8（a）所示，棒为正极，板为负极，棒极附近出现电子崩时产生的电子迅速进入棒极，留下来的正离子缓慢地向板极移动，于是在棒极附近积聚起正空间电荷。正空间电荷产生的附加电场E2与棒－板两极之间的主电场E1同方向，加速了流注从棒极向板极发展，从而降低了间隙的直流击穿电压。再看图2-8（b），如果棒为负极，板为正极，同样由于棒的曲率半径小，电场极不均匀，棒极附近电场强度大，在其附近首先出现电子崩。由电子崩产生的电子迅速奔向板极，在棒极附近的正离子由于移动速度慢，形成正空间电荷。这时正空间电荷产生的附加电场E2与棒－板两极之间的主电场E1的方向相反，削弱了主电场的电场强度，使间隙间放电发展比较困难，因而击穿电压就较高。
在图2－7中，棒－棒间隙的直流击穿电压（图中虚线）介于极性不同的棒－板间隙直流击穿电压之间，这是因为棒－棒间隙有两个尖端，具有两个强电场区域，这样反而比只具有一个尖端的棒－板间隙电场来得均匀，其击穿电压比正棒－负板间隙略高，但比负棒－正板间隙的击穿电压要低很多。
（直流击穿电压的极性效应）
同向加强
反向削弱
P63 五、冲击电压作用下空气间隙的击穿电压1. 雷电冲击电压和操作冲击电压
电力系统中运行中的电气设备，除了受到工频电压和谐振过电压作用外，还会受到运行中异常状态和操作时引起的操作冲击波过电压和雷电时引起的雷电冲击波过电压的作用。这几种电压的波形都不一样。
工频电压和谐振过电压的波形是周期性的，持续时间较长（以s计），因此称为持续作用电压或暂时作用电压，其波形为正弦波，频率为工频或工频的倍数。
雷电冲击电压和操作冲击电压的波形持续时间很短，以μs（微
负棒－正板间隙击穿电压U1＞棒－棒间隙击穿电压U2＞正棒－负板间隙击穿电压U3
秒）或ms（毫秒）计，属于瞬态作用的电压，也称为冲击电压。其中雷电冲击电压持续时间最短，属于非周期性的单次脉冲性质，持续时间只有几微秒到几十微秒。操作冲击电压持续时间比雷电冲击电压长，达到几百微秒或几千微秒。操作冲击电压一般也是单次脉冲波形，属于非周期性的，但有时也可能出现周期性衰减的振荡波，但其持续时间仍较短。
雷电冲击电压和操作冲击电压虽然持续时间较短，属于脉冲性质，但由于其幅值很高，对电气设备绝缘造成很大威胁。为了防止由于这两种冲击过电压的作用而发生电气设备击穿短路，除了要采取相应的保护措施外，对电气设备的绝缘要求具有一定的耐受冲击过电压的能力，并通过电气试验加以考核。
2. 冲击电压典型波形
（1）雷电冲击电压典型波形。在大自然中雷电冲击电压的波形各异，但为了便于对电气设备统一试验，统一评价，根据统计规律制订了供电气试验用的雷电冲击电压典型波形。
图2－9所示为国际电工委员会（IEC）和我国国家标准规定的雷电冲击电压典型波形。图中T1称为波前时间，T2则是半峰值时间，雷电冲击电压波形就是由这两个时间确定的。由于雷电冲击电压波形的原点附近数值微小，模糊不清，而波峰附近波形又较平坦，不易确定原点及峰值的确切位置，因此规定由0.3Urn和
波前时间）。同样，由于雷电冲击电压的波尾衰减平缓，与横坐标的交点不易确定，因此规定从雷电冲击电压波形的视在原点O′，至雷电冲击电压由峰值衰减到0.5Um时所需的时间T2为半峰值时间。IEC和我国国家标准规定：T1＝1.2μs，容许偏差
验时要进行雷电冲击截波耐受电压试验。0.9Um（Um为冲击电压的峰值）两点连一直线与波峰的水平线以±30％；T2＝50μs，容许偏差±20％；T1－波头时间、T2－波长时
图2－10是雷电冲击电压截波波形。雷电冲击电压作用于电力线路或电气设备上，在某一时间有可能发生击穿或闪络，也可能因避雷器放电而使波形被截断，形成截波波形。截波由于电压突然锐减，在流经电气设备的绕组时会感应产生很高的匝间电压，对绕组绝缘构成威胁。因此有关规程规定变压器类设备在新产品做型式试
间，统称为波形参数。雷电冲击电压典型波形的参数如用符号表示写作±1.2／50μs。这里的“±”表示冲击电压不接地极的极性可以是正极或负极。
及横坐标的交点在横轴上的投影长度T作为波前时间（也称为视在（2）操作冲击电压典型波形。
为了等效模拟电力系统中操作过电压时的冲击电压波形，IEC和我国国家标准推荐采用图2－11所示的操作冲击电压典型波形，并规定波前时间T1＝250μs±20％，半峰值时间
T2＝2500μs±60％，如考虑极性，则记作±250／2500μs。
在各类电气设备产品的型式试验或其他电气试验中如果需要进行冲击试验，究竟采用什么波形参数，根据具体需要在相应的技术标准或行业规程中都有明确规定。
3. 冲击电压作用下空气间隙的击穿电压
（1）雷电冲击击穿电压。雷电冲击电压作用下空气间隙的击穿特性如图2－12、图2－13所示。其中图2－12是短间隙雷电冲击击穿特性，图2-13是长间隙雷电冲击击穿特性。
（2）操作冲击击穿电压。
1）击穿电压与波前时间的关系。空气间隙的操作冲击击穿电压数值大小不仅与间隙距离、电极形状、电极极性有关，而且与操作冲击电压波的波前时间T1的长短有关。研究表明，长空气间隙的操作冲击击穿通常发生在波前部分。当波前时间较短时，说明电压上升较快。由于间隙击穿需要经历碰撞电离、自持放电和产生流注等过程，如果波前时间T1太短，在棒电极附近要形成足够的空间电荷就比较困难，间隙击穿需要较高的击穿电压。因此T1时间愈短，击穿电压愈高。反之，如果波前时间较长，说明电压上升较慢，在棒电极端部容易形成稳定的电晕，这相当于增大了棒电极端部的半径，形成一个类似球状电极，这样使电场的不均匀程度减弱，同样也使击穿电压增高。T1时间愈长，击穿电压也愈高。这就说明操作冲击波的波前时间T1存在某一中间值，这时的冲击击穿电压最低。亦即操作冲击击穿电压随波前时间T1的变化是U形曲线，两边高中间低，如图2－14所示。可见，在某一最不利的波前时间，U50％具有最小值，这时的空气间隙击穿电压最低。这个波前时间称为临界波前时间，用T0表示。
2）临界波前时间。由上分析可见，操作冲击击穿电压随波前时间T1的变化呈U形曲线，当波前时间T1等于临界波前时间T0时，击穿电压最低。波前时间T1无论大于或小于临界波前时间T0，空气间隙的击穿电压都提高。而且临界波前时间T0也不是固定值，而是随空气间隙距离的长度S的不同而变化，S愈长T0也愈长。
考虑到工程实际中，在遇到较多的间隙长度S的范围内，对应的临界波前时间T0一般均在100～500μs之间，因此，在选择操作冲击波典型波形参数时，取波前时间T1＝250μs。对于50Hz的工频交流电，其正半波的等值波前时间T1为0.02／4＝0.005（s），即5000μs，它比T0大得多，因此空气间隙在间隙距离S的某些长度范围内，工频击穿电压甚至比＋250／2500μs的操作冲击击穿电压还要高。
图2－15所示为“棒－板”间隙工频击穿特性与正极性雷电冲击、操作冲击击穿特性的比较。图中虚线4是在不同间隙距离S时所对应的各个临界波前时间T0时的空气间隙操作冲击击穿电压，亦即是操作冲击击穿电压最小值的连线，因此要低于曲线3波形为＋250／2500μs时的操作冲击击穿电压。
4. 50％冲击击穿电压
在图2－12和图2－13中，纵坐标用符号U50％表示。U50％称为50％击穿放电电压。所谓50％击穿放电电压，是指在该冲击电压作用下，放电的概率为50％。在稳态电压作用下，当气体状态不变时，一定距离的间隙，其击穿电压具有确定的数值，当施加在间隙上的电压达到其击穿电压时，间隙即被击穿。但对于冲击电压，由于作用时间很短，其击穿电压数值具有分散性。例如，对于某一空气间隙，施加某一数值的冲击电压，有时候间隙能击穿，但也有
P69 六、影响气体间隙击穿电压的各种因素1. 气体状态对击穿电压的影响
前已介绍了气体间隙击穿电压与气体密度的关系。而气体密度则与气压和温度有关。因此，气压和温度对气体间隙的击穿电压有重要影响。
湿度对气体间隙的击穿电压也有影响。湿度增大，气体间隙的击穿电压增高。这是因为随着湿度增大，空气中的水分子增加，电子与水分子发生碰撞的机会增多，水分子捕获自由电子形成负离子增多。由于负离子的活动能力较差，使空气中的电离减弱，因而对气体中的放电过程起到抑制作用，击穿电压增高。
2.电压作用时间（电压波形）对击穿电压的影响
电压作用时间与电压的波形有关。工频电压、冲击电压和直流电压其波形都不相同。冲击电压中的雷电冲击和操作冲击其波前时间T1和半峰值时间T2也都不同。
在均匀电场中，空气间隙的直流击穿电压、工频击穿电压（幅值）、50％冲击击穿电压都相同。亦即均匀电场空气间隙的击穿电压与电压波形、电压作用时间无关。气体间隙内的流注一旦形成，放电达到自持，间隙即被击穿。
在极不均匀电场中，空气间隙的雷电冲击击穿电压比工频击穿电压高得多。但是对于操作冲击电压，如果其波前时间又与对应的空气间隙距离S相比较，正好处于临界波前时间瓦的数值附近，则操作冲击击穿电压可能低于工频击穿电压的幅值（见图2－15）。在极不均匀电场中，空气间隙的直流击穿电压与极性有很大关系。当棒为正极时，直流击穿电压与工频击穿电压（幅值）接近相等。而当棒为负极时，直流击穿电压远高于工频击穿电压（幅值）。对于极不均匀电场，空气间隙的工频击穿一般发生在棒极电压处于正半彼时。
时候不能击穿。如果将电压升高，这时击穿的次数增加，但仍存在不能击穿的情况。电压升得愈高，击穿的概率也愈高。为了统一起见，在工程上常以击穿概率为50％的冲击电压作为该间隙的冲击电压击穿值，取名为50％冲击放电电压，用符号U50％表示。
例如不锈钢电极和铝制电极在其他条件都相同时，间隙的击穿电压也不一样。铝电极表面容易发射电子，因此击穿电压较低，而不锈钢电极的空气间隙击穿电压略高。
新电极表面会存在小毛制，因此常需进行老炼处理。通过对电极加压进行老炼处理，除去电极表面的小毛刺后，不仅提高间隙的击穿电压，而且击穿电压的分散性减小。
6. 不同气体种类对击穿电压的影响
气体的种类不同，气体间隙的击穿电压也不同。特别是某些含卤族元素的气体，例如六氟化硫、二氯二氟二碳（弗雷翁）和四氯化碳等，在一切条件都相同的情况下，其击穿电压要比空气高几倍，故称为高强度气体。这些气体具有高绝缘强度的原因，是因为它们的分子尺寸大，而且具有很强的负电性。由于分子尺寸大，电子在这些气体中运动时容易碰撞，自由行程很短，运动的电子不易聚集足够的动能去进行碰撞游离，因此气体间隙不容易击穿放电。由于
3. 电压的极性对击穿电压的影响均匀电场的空气间隙，其击穿电压与电压极性无关。稍不均匀电场或极不均匀电场中的棒－棒间隙，由于电极对称，因此击穿电压也与电压极性无关。对于极不均匀电场中的棒－板间隙，空气间隙的直流或冲击击穿电压与棒极的极性有关，一般是负极性放电电压高。
4. 电场的均匀程度对击穿电压的影响
电场的均匀程度对空气间隙的击穿特性有很大影响。电场越均匀，击穿电压越高。电场是否均匀还可以根据间隙击穿前电极附近是否存在稳定的电晕放电来区分：在均匀电场中，电极附近不会存在稳定的电晕放电。如果升高电压，电极附近首先出现稳定的电晕放电，在继续升高电压后，间隙才被击穿，则称为极不均匀电场。如果电场虽然不均匀，但还不存在稳定的电晕放电，电晕一旦出现，间隙立刻击穿，则称为稍不均匀电场。
5. 电极材料和光洁度对击穿电压的影响
气体间隙的击穿电压还与电极材料的种类和电极的光洁度有关。
具有很强的负电性，中性分子很容易吸附电子而成为负离子，使产生碰撞游离的电子数且减少，也使气体击穿电压提高。击次脉冲性质，持续时间只有几微秒到几十微秒 P64压 P58会导致整个间隙立即击穿，击穿电压等于其自持放电电压。但是，匀电场气隙中不会出现电晕放电现象。击穿电压等于其自持放电电自持放电，间隙即被击穿，形成电弧放电或火花放电。因此，在均稍不均匀电场不能维持稳定的电晕放电，一旦放电达到自持，必然均匀电场中电极布置对称，因此不存在极性效应。气隙中一旦出现电场越不均匀，击穿电压与电晕起始电压间差别也越大。P59均匀电场中，直流击穿电压和工频击穿电压的幅值接近相等 P62负棒－正板间隙击穿电压U1＞棒—棒间隙击穿电压U2＞正棒—负板间隙击穿电压U3（直流击穿电压的极性效应）直极不均匀电场 棒－板间隙，直流击穿电压还与棒的极性有很大关流系。工空气间隙的平均击穿场强要比均匀电场时低。典型：球间隙和全封频闭组合电器（GIS）的母线圆筒。P58交极不均匀电场能维持稳定电晕放电的不均匀电场。典型：棒－棒间隙和棒－板间隙。当作用在间隙上的电压足够高时，在棒形电极附流近初始电子崩只在很小的范围内发展起来，即使出现自持放电，电离只局限于棒形电极附近的很小范围内，开始出现薄薄的紫色莹光层，间隙没有击穿。这种放电现象就是电晕放电。随着电压增加，电晕层扩大，电晕电流增大。当电压增加到足够高时，在间隙中突然出现贯通两电极的放电通道，出现击穿。由此可见，在极不均匀电场中，间隙击穿电压远高于自持放电电压，这时的自持放电电压只是开始发生电晕的电压，称为电晕起始电压。雷电冲击电压持续时间最短，属于非周期性的单稳态电压（波形是周期性的，持续时间较长）压电冲雷电冲击击穿电压 操作冲击击穿电压
波，但其持续时间仍较短。
P66
击穿电压数值大小不仅与间隙距离、电极形状、电极极性有关，
而且与操作冲击电压波的波前时间T1的长短有关。
次脉冲波形，属于非周期性的，但有时也可能出现周期性衰减的振荡穿电压愈高；U50％具有最小值，这时的空气间隙击穿电压最低，这个
高。
临界波前时间T0不是固定值，而是随空气间隙距离的长度S的不同而变化，S愈长T0也愈长。
50％击穿放电电压，是指在该冲击电压作用下，放电的概率为50％。
波前时间称为临界波前时间，用T0表示。T1时间愈长，击穿电压也愈操作冲击击穿电压随波前时间T1的变化呈U形曲线，T1时间愈短，击
持续时间达到几百微秒或几千微秒。一般也是单
P71 七、六氟化硫（SF6）气体的绝缘特性
目前，六氟化硫（SF6）气体在66kV及以上电压等级的开关设备中应用十分普遍，几乎已替代了矿物油。在10～35kV的中压设备中也日益推广使用。
1. SF6气体的电气绝缘强度与气体压力和棒极极性的关系
SF6气体在普通状态下是不燃、无唤、无毒、无色的惰性气体。正常情况下相对密度约为空气的5倍。在均匀电场中，同为一个大气压力时，电气绝缘强度约为空气的2.3～3倍。
SF6充气设备一般用在适当的充气压力下，这样可以获得所需要的电气绝缘强度。例如，当压力为0.3MPa时绝缘强度与变压器油相当（气体绝缘强度＜液体绝缘强度＜固体绝缘强度＝。但是必须注意，只有在均匀电场中提高气压才能显著提高气隙的击穿电压。如果电场不均匀，则影响这一效果。电场愈不均匀，提高气压对提高气隙击穿电压的作用愈小。因此，SF6电气设备在其结构设计时要特别注意尽可能避免出现极不均匀电场情况。另外，需要注意SF6气隙的极性效应和空气间隙不同。在极不均匀电场中，曲率半径小的电极（棒极）为负极时其电晕起始电压要比棒极为正极时来得低，其击穿电压也是负极低于正极。因此，SF6气体绝缘结构的绝缘水平由是负极性电压决定的。
2. SF6气体的液化特性
空气负棒-正板击穿电压U3＞棒-棒击穿电压U2＞正棒-负板击穿电压U1SF6负棒-正板击穿电压U3＜棒-棒击穿电压U2＜正棒-负板击穿电压U1
20℃时表压为0.1MPa的SF6气体，-63℃时液化。如果20℃
时表压为0.45MPa，则对应的液化温度为-40℃。亦即压力愈高，液化温度也愈高。电气设备使用SF6时要防止出现液化，因此要根据当地气象条件可能出现的最低温度选择合适的充气压力。在我国北方地区户外使用的SF6充气设备其压力明显低于户内设备，因为冬季户内有采暖设备。如果用在户外，使用压力又较高，则必须采取加热措施。
3. SF6气体的灭弧性能
SF6气体的另一特性是具有优良的灭弧性能，故非常适用于高压断路器中。当断路器触头间出现电弧时，由于弧柱边界区的导热率高，使电弧变得纤细，极容易熄灭，使断路器触头避免被电弧灼伤。SF6的灭弧性能比空气强100倍。
4. SF6气体分解物的毒性
纯净的SF6气体是无毒的，但是在水分和电弧作用下，会产生水解，形成有毒或有腐蚀性的物质。因此，必须采用适当的吸附剂来消除水分和有害杂质，并做好电气设备的密封处理，加强漏气检查和气体含水量监测。
SF6气体中混有水分，造成的危害有两个方面：
（1）水分引起化学腐蚀，干燥的SF6气体是非常稳定的，在温度低于500℃时一般不会自行分解，但是在水分较多时，200℃以上就可能产生水解：2SF6＋6H2O→2SO2＋12HF＋O2，生成物中的HF具有很强的腐蚀性，且是对生物肌体有强烈腐蚀的剧毒物，SO2遇水生成硫酸，也有腐蚀性。
水分的危险，更重要的是在电弧作用下，SF6分解过程中的反应。在反应中的最后生成物中有SOF2、SO2F4、SOF4、SF4和HF，都是有毒气体。
（2）水分对绝缘的危害。水分的凝结对沿面绝缘也是有害的、通常气体中混杂的水分是以水蒸气形式存在，在温度降低时可能凝结成露水附着在零件表面，在绝缘件表面可能产生沿面放电（闪络）而引起事故。
P72 八、气体放电的不同形式
根据气体的压力、电极形状和电场强度的不同，气体放电可以具有多种不同形式。
1. 辉光放电
管电极间的整个空间。霓虹管中的放电就是辉光放电。
在一密闭的放电管中，对其抽真空，以降低气体压力。然后在放电管的电极间施加某一可调电压，并在回路中串入较大电阻，以控制电源功率。当外施电压升高到某一数值时，回路中电流突然明显增加（mA级），管内出现发光现象。这就是辉光放电。管中所充气体不同，发光颜色也不同。
2. 电弧放电
的放电弧道，弧道电阻很小，具有短路的性质。
在上面所说的辉光放电例子中，如果逐渐取消抽真空，并逐渐取消回路中所串联的电阻，则放电管中的放电通道逐渐收细，越来越亮，电流急剧增大，放电不再占满整个空间。这时回路的电阻很小，电流很大，形成电弧放电。
实际上，在普通大气压下，气体击穿后总是形成收细的发光放电通道，即形成电弧放电，而不是辉光放电。
3. 火花放电
如果放电回路的阻抗很大，限制了放电电流，则电极间空气间隙的放电时断时续，出现断续的明亮火花，称为火花放电。
出现这种情况是因为间隙击穿后电流突增，这就使外电路阻抗上的电压降也突增，从而使放电间隙上的电压突降，火花不能维持而熄灭。火花熄灭后，电流突降，外电路阻抗上的压降也突降，使放电间隙上的端电压又突增，间隙再次击穿，形成断续的火花放电。
电弧放电的特点是电流密度极大，温度极高，具有耀眼而细长辉光放电的特点是放电电流密度较小，放电区域通常占据放电4. 电晕放电
电晕放电的特点是空气间隙电场极不均匀，在电极附近强电场展成贯穿性短路时称为沿面闪络。通常，在相同电极间隙距离下，沿面闪络电压要比同样长度的纯空气间隙击穿电压低。沿面放电受绝缘物表面状况、污染程度、电场分布等多种因素的影响。
1. 影响空气中固体介质沿面放电电压的各种因素
（1）固体绝缘表面光洁度的影响。绝缘子或套管等如表面有损伤或毛刺会引起沿面电阻分布不均匀，使电场强度分布不均匀，
P74 九、气体中固体介质的沿面放电
电气设备暴露在空气中的导电部分总是要用固体绝缘材料来支撑或悬挂，如架空线路的绝缘子或变电所母排的支持绝缘子、变压器的引出线套管等。当导体上的电压超过一定数值时，在这些绝缘子表面可能会出现电晕放电、刷状放电，滑闪放电或沿面闪络。这
如果空气间隙的两个电极间距离较远，其中至少有一个电极的曲率半径又很小，当受电压作用时整个间隙电场极不均匀，在电极附近的电场强度最强。这时随着电压的升高，紧靠电极的电场最强处会出现空气游离，产生发光层，有微小电流。电压升高，发光层也随之扩大，这种放电现象称为电晕放电。
种沿固体介质表面发生的气体放电现象称为沿面放电。沿面放电发处出现的局部空气游离发光现象，电流很小，整个空气间隙并未击穿，仍能耐受住电压的作用。
5. 刷状放电
当空气间隙发生电晕放电时，如果电压继续升高到一定程度时，会从电晕电极伸展出许多较明亮的细小放电通道，这种现象称为刷状放电。这时如果再继续升高电压，则整个间隙会出现击穿放电，形成电弧放电或火花放电，具体形成哪种放电，要由回路阻抗和电源容量决定。
电力系统的架空线路和电气设备的外绝缘一般采用大气作为绝缘间隙，并不处于真空状态，因此不会出现辉光放电，只可能发生电晕放电、刷状放电、火花放电和电弧放电。
（2）大气湿度和固体绝缘表面吸潮的影响。如果周围空气潮湿，固体绝缘物表面吸收潮气形成水膜，水中含有离子，在电场中沿绝缘物表面运动，逐渐积聚在电极附近，使两极附近的电场加强并首先放电，引起沿面闪络电压降低。
（3）导体与固体绝缘结合状况的影响。例如导体与绝缘瓷件的接触处如不够紧密，必然形成气隙。由于气隙的电导比瓷件表面小，电场分布较强，因此气缝中的气体首先发生电晕放电，使整个绝缘物的沿面放电电压降低。
（4）电场分布的影响。上面介绍的影响沿面放电电压的各种因素，实际上都与电场分布不均匀有关。亦即电场分布是否均匀对固体绝缘的沿面放电有重要影响。由于受导体形状的影响，电场分布难以做到绝对均匀，在电场分布最强的地方，空气首先发生游离，产生电晕，使沿面放电电压降低。
固体介质与气体介质交界面的电场分布一般有图2－16所示的三种情况。
1）固体介质处于均匀电场中，电力线与固体介质表面平行，如图2-16（a）所示。固体介质的存在虽然并不引起电场分布的改变，但是沿面闪络电压还是比单纯空气间隙的放电电压要低。这是由于固体介质表面可能存在脏污，特别是由于表面吸潮而会形成水膜，水具有离子电导，离子受电场作用沿固体表面运动，使固体介质表面的沿面闪络电压降低。吸潮越严重，沿面闪络电压降低越多。电场强的地方首先放电，从而使整个绝缘表面的沿面放电电压降低。
2）弱垂直分量的不均匀电场。当固体介质处于不均匀电场中时，电力线和固体介质表面斜交，电场强度可以分解为与固体介质表面平行的切线分量和垂直的法线分量。根据与固体介质表面垂直的法线分量的强弱，可以将固体介质表面的电场分布区分为弱垂直分量的不均匀电场［图2－16（b）］和强垂直分量的不均匀电场［图2－16（c）］。
支柱绝缘子表面的电场分布属于弱垂直分量的不均匀电场。与支柱绝缘子轴线平行，沿固体介质表面的电场强度切向分量要比垂直分量大很多。而且由于间隙本身电场分布已很不均匀，因此固体介质的存在并不引起电场分布发生重大改变。沿面闪络电压与同样距离极不均匀电场纯空气间隙的击穿电压相比只略有减小。
3）强垂直分量的不均匀电场。图2－16（c）所示属于强垂直分量不均匀电场，常见的高压套管电场分布就属于这一种情况。绝缘套管附近的电场极不均匀，尤其是接地的法兰附近电力线最为密集。电力线垂直于绝缘套管的分量要比切向分量大得多，因此称为强垂直分量的不均匀电场。
图2－17所示为高压套管强垂直分量不均匀电场引起沿面放电的情况。当导电杆1对法兰2之间的电压足够高时，由于法兰盘附近的局部电场很强，其边缘处的空气首先发生游离，出现电晕［见图2-17（a）］。当电压继续升高时，会产生带有辉光的细线状火花，形成刷状放电［见图2-17（b）］。当进一步升高电压，线状火花放电迅速向前发展，形成光亮较强，并很不稳定，产生此起彼伏的树技状火花放电。这种树技状火花放电，并不固定在一个位置上，而是在不同位置交替出现，称为滑闪放电［见图2－17（c）］。
如果继续升高电压，滑闪放电伸长到另一电极时，放电火花贯
闪电压高得不多。这种情况下的沿面闪络电压与同样距离极不均匀电场纯空气间隙的击穿电压相比要低得多。
2. 提高空气中固体绝缘沿面放电电压的措施
针对上面介绍的影响空气中固体绝缘沿面放电的各种因素，可
通两极，形成短路，称为沿面闪络。通常，沿面闪络电压比起始滑以采取以下措施提高沿面放电电压。
（1）户外安装的电气设备绝缘子设置裙边。工作在户外的绝缘于或套管遇到下雨时被淋湿，雨水在瓷件表面形成一层导电性水膜，使沿面放电电压大大下降。为了防止这种情况，户外式绝缘子总是具有较大的裙边，在淋雨时只润湿绝缘子裙边的上表面，伞状下沿的内侧不易淋透，使水膜不能贯通，从而提高绝缘子的沿面闪络电压。
不仅如此，户外式绝缘子帮边的下沿内侧一般做成凹入形状，使电位梯度的分布不容易形成沿面放电。
（2）在容易出现潮湿污秽的地区绝缘子表面涂憎水性涂料。绝缘子表面涂憎水性涂料，如采用RTV或PRTV等硅橡胶长效涂料涂在绝缘子表面，可防止水膜连成一片，大大减小了绝缘表面泄漏电流的数值，使由于脏污和潮湿引起污闪的起始电压显著提高。RTV长效涂料的有效期为8年，PRTV更长，可达20年。有效期满后可以复涂。
（3）配电装置各导电部位应力求做到电场均匀，以增强其耐电强度。为了使固体绝缘沿面电场分布均匀还可采取以下措施。
1）减小电极附近单位面积的体积电容，避免电极边缘电场过分集中。图2-18是套管的沿面放电示意图。
对于套管等设备，影响绝缘表面沿面放电电压的因素，除了受湿度等因素影响外，还与绝缘表面对穿过套管中心的导体之间的体积电容C0有关。从图2－18可见，套管表面的沿面电流分布情况与套管的体积电导和体积电容大小有关。体积电容愈大，表面分布电流愈不均匀。在法兰处的电流密度愈大，该处的电场强度也愈强。因此，套管的绝缘层厚度愈小、绝缘介质的相对介电系数εr愈大，即单位面积的体积电容C0愈大，沿面放电电压也就愈低。为了提高沿面放电电压，就得设法减小单位面积的体积电容，例如将套管法兰附近的直径加大。又如电缆终端盒在铅皮割开处增缠绝缘，便直径加大以减小体积电容C0。另外，增加应力矩层和屏蔽环，以免铅皮边缘电场过分集中，这些都属于同一类型的措施，目的是使电场分布趋于均匀，提高沿面放电电压。
2）减小电极附近固体绝缘表面电阻系数ρs，使沿面电压分布均匀，防止出现电晕，从而提高放电电压。
液体介质的绝缘特性
液体绝缘介质具有优良的绝缘性能，并能保护固体绝缘材料免受潮气和空气的有害影响。同时，液体介质具有良好的冷却作用和灭弧功能。因此，液体介质在电力变压器、高压电容器中得到广泛使用，在高压互感器、高压断路器和高压电力电缆中也常有应用。
P79
第二节
一、液体绝缘介质的种类
液体介质按其来源分为矿物油、植物油和人工合成液体。1. 矿物绝缘油
（1）矿物油的炼制。矿物绝缘油是由石油炼制而成的。炼制时先将原油经过预处理，进行脱水、脱盐。然后通过常压分馏、减压分馏，按不同的沸点范围截取不同馏分。再通过精制，除去其中的有害成分，例如树脂、沥青、氮化合物和硫化合物。通过精制后，不仅提高了油品的纯度，而且提高了油品的氧化安定性和电气性能。最后，为了制成适用于电气设备的绝缘油，还必须将精制所得各种品牌的基础油按不同比例进行调合，并根据要求加入抗氧化剂等添加剂，经充分混合，检验合格后可以得到变压器油、电容器油和电
从图2－18（b）可知，如果减小套管法兰附近固体绝缘表面的电阻系数ρs，则可以降低该处的绝缘筒表面电位梯度，防止在该处出现电场畸变，从而提高沿面放电电压。实际上在变电所运行中有时会发现套管法兰边缘出现电晕或局部放电，其原因并不是由于套管绝缘简存在缺陷，而是因为该处局部场强大，由电场发生畸变所致。因而改善该处的电场分布，就能消除法兰根部的电晕放电现象。为此可以在套管紧靠法兰处局部涂刷半导体釉或银粉等半导体漆，从而减小该处的表面电阻系数人，达到减小电位梯度，防止发生电晕放电。
3）使电力线只经固体介质内部，而不经空气间隙，从而防止出现滑闪放电，提高固体绝缘沿面放电电压。例如，对套管型结构，可把可能会形成滑闪的一个电极深埋在介质内部，或使它紧靠裙边（户外）或凸起的棱边（户内），使电力线只经介质而不经空气，从而防止出现沿面滑闪放电。
10℃的地区作为电力变压器用油，或者气温不低于-20℃的地区作P81 二、变压器油的击穿过程
理想的纯液体电介质的击穿过程和气体的击穿过程相似，即因电场力而加速运动的电子碰撞液体分子，产生碰撞游离，最终引起液体击穿。但是，由于理想的纯液体在工程中难于得到。液体的精制过程中仍难免混入杂质，在储存、运输、使用过程中难免又有新的杂质混入。液体与空气接触，会吸收空气中的水分，也会有气体分子溶入液体中。特别是在光、热和电场的作用下液体会逐渐老化而产生出气体和聚合物，所以工业用液体介质中总含有一些杂质。
缆油等不同用途的绝缘油。
（2）变压器油的牌号。根据变压器油低温凝固点的不同，分为10、25和45三个牌号，分别适用于我国不同的气候地带。DB10号变压器油的凝点不高于-10℃，闪点不低于140℃，适用于气温不低于-10℃的地区作为变压器用油，或者气温不低于-5℃的地区作为户外断路器、油浸电容式套管和互感器用油。DB25号变压器油的凝点不高于-25℃，闪点不低于140℃，适用于气温低于-
为户外断路器、油浸电容式套管和互感器用油。DB45号油的凝点不高于-45℃，闪点不低于135℃，适用于气温低于-10℃的地区作为电力变压器用油，或者气温低于-20℃的地区作为户外断路器、油浸电容式套管和互感器用油。
2. 植物油
有些纯净的植物油也具有良好的电气绝缘性能。例如蓖麻油，由于其绝缘性能好，介电系数ε较高，因此也可用作电力电容器的浸渍剂，此外，如广泛使用的绝缘漆，也是由植物液体加工制成，在变压器等电气设备中普遍使用。
3. 人工合成绝缘油
人工合成绝缘油多用于高压电容器作为浸渍剂，例如苄基甲苯、二芳基乙烷、十二烷基苯、异丙基联苯和苯甲基硅油等，种类很多。过去还曾大量使用过一种称作三氯化联苯的电容器油，后来发现它有严重致病毒性，因此早就禁止生产使用。
P82 三、影响变压器油击穿电压的各种因素
变压器油的击穿是因油中含有空气、水分和纤维杂质，这些物质的介电系数与变压器油不同，引起电场分布发生畸变，局部场强升高。并由于极化等原因，这些杂质按电场方向排列形成导电“小桥”，最初为漏电通道，很快发展形成击穿。这就是变压器油击穿过程的“小桥”理论。
由油间隙击穿“小桥”理论可知，水分、杂质和气泡对变压器油的击穿场强有很大影响。特别是水分，只要油中含水，就会使耐压值显著下降。此外，压力、温度、电场均匀度、电压作用时间和油隙宽度对油间隙的击穿场强也有影响。
1. 压力的影响
当油中含有气体时，其工频击穿电压随压力增加而升高。因为当压力上升时，液体介质中气体的溶解量大致成比例增加。如在密
所以，液体介质的击穿过程与所含的杂质，例如气泡、水滴或纤维等密切有关。
1. 由油中气泡引起油间隙击穿过程
在电场作用下，变压器油的击穿过程可以用“小桥”理论来解释。
变压器油中存在气泡时，在受到电压作用时，由于变压器油的相对介电系数εr为2.2，而空气的εr为1，不同介质组合在一起其场强分布与εr成反比，气泡中的场强为油中的2.2倍。加之气体的耐电强度远比油低，因此气泡先开始游离。游离使气泡温度升高，体积膨胀。游离进一步增加，气泡增多，许多气泡在电场作用下排成气体“小桥”，在油中形成气体通道，导致发生油间隙击穿。
2. 由油中水滴或纤维引起油间隙击穿过程
当变压器油中含有水分或其他杂质时，水滴或纤维在电场作用下被极化，沿电场方向排成杂质“小桥”。杂质小桥泄漏电流较大，引起杂质发热，水分气化。而且水（εr ＝80）或纤维（εr ＝65）的介电系数比变压器油（εr ＝2.2）高很多，使油中场强增高，促使变压器油游离分解产生气体，再由气泡和杂质搭成“小桥”，最后引起油间隙击穿。
封式设备温度和压力互相关联时，则温度上升时压力亦上升，使气体溶解量上升，工频击穿电压也提高。反之，如果压力突然降低，溶解在油中的气体析出成为气泡，击穿电压将明显下降。
如果变压器油经过脱气处理，则其击穿电压与压力的关系不明显。
2. 温度的影响
变压器油击穿电压随温度的变化关系很复杂。受潮的变压器油其击穿电压随温度的升高而上升，这是因为油中悬浮状态的水分随着温度的升高转为溶解状态的缘故。但当温度上升到80℃以上时，由于水分蒸发而在油中产生大量汽泡，击穿电压反而下降，如图2-19所示。在零下几十度到零度范围内，油中水分结成冰，这时油的击穿电压较高。随着温度升高油的新度变小，带电粒子活动性增加，击穿电压下降。但是对于油浸变压器类产品，当温度降到零下时，油中的水分会凝结成大小如高粱米粒的小冰球，由于冰的比重比水轻，和油接近，因此浮上来，可能嵌在变压器绕组的匝层间，或者停留在其他导体附近的油隙中，使油隙的击穿电压大大降低。
3. 电场均匀程度的影响
如果变压器油的纯净度较高，那么改善电场均匀度能使工频、直流击穿电压提高很多。反之，在品质较差的油中，改善电场均匀程度的好处并不显著，这是因为杂质的聚集和排列会使电场发生畸变，即使原来均匀的电场也会变得不均匀。因此，如果考虑到充油电气设备中的变压器油在运行中可能变脏，则在考虑工频或直流耐受电压时，油中绝缘距离应按极不均匀电场考虑。
4. 电压作用时间的影响
油间隙的击穿电压与电压作用时间有关。由于变压器油中杂质的聚集，“小桥”的形成都需要一定时间，因此油间隙的击穿电压短时间内随电压作用时间的延长而下降。但当电压作用达到一定时间后，油间隙的击穿电压不再随作用时间的延长而明显下降。因此做工频耐压试验时，通常只加试验电压1min。
5. 冲击电压作用下变压器油间隙的击穿场强
冲击电压的波形与工频电压和直流电压不同，其作用时间特别短。由于油间隙中杂质小桥的形成需要一定时间，因此油间隙的冲击击穿电压要比工频和直流的击穿电压高出很多。此外，含有气体的液体介质，其冲击击穿电压与压力基本无关，这是因为在冲击电压作用下杂质（包括气体和水分）来不及形成“小桥”，因此杂质对冲击击穿电压的影响较小，压力的变化引起气体在油中溶解量的变化对冲击击穿电压的影响也就极微。
但是，改善电场均匀度能显著提高油间隙的冲击击穿电压。无论是纯净度高的油，或者品质较差的油，改善电场均匀度都能显著提高油间隙的冲击击穿电压。这是因为在冲击电压作用下，油中的杂质来不及形成“小桥”，其作用减弱，因此改善电场均匀度能明显提高冲击击穿电压。
6. 油隙宽度对击穿场强的影响
实验研究表明，变压器油间隙的宽度对击穿场强有影响。随着油间隙的宽度增加，击穿场强降低。例如当油隙宽度为2.5rnm时（相当于油耐压试验标准油杯的油间隙宽度），如果击穿电压为60kV，即击穿场强为24kV／mm，则当油隙宽度增加到10mm时，
击穿电压要比240kV小得多。亦即随着间隙的宽度增大，油的击穿场强减小。这一规律对于均匀电场和不均匀电场都适用。当油间隙的距离一定时，如果在这个油间隙中用绝缘隔板将这个间隙分割成几个小间隙，则总的击穿电压将会显著提高，亦即随着间隙宽度的减小，击穿场强增高。在实际的变压器的绝缘结构中，常常运用这一原理，采用浸于油中的绝缘纸筒或纸板将绕组间的油间隙分隔成若干个小油间隙，以提高总的击穿电压。
P84 第三节 固体电介质的绝缘特性
子位移形成的极化称为电子式极化；由正、负离子相对位移形成的极化称为离子式极化。电子式极化和离子式极化的极化过程所需时间很短，属于弹性极化，几乎没有能量损耗。
限的位移或转向，形成偶极矩，这种现象称为电介质的极化。由电一、固体电介质的种类及其特性1. 固体电介质的种类
固体电介质可以分为天然材料和人造材料、有机物和无机物等。根据固体介质的物质结构，按其在电场作用下的极化形式又可分为非极性或弱极性介质、极性介质和离子性介质。
木材、云母、石棉和橡胶等属于天然材料。电瓷、玻璃、电木、各类塑料等属于人造材料。其中木材、橡胶等属于有机物；电瓷、玻璃等则属于无机物。
2. 电介质的极化和相对介电常数
任何介质都是由分子或离子构成的。构成分子的原子则为具有带正电荷的原子核和带负电的电子所组成。正、负电荷的电荷量相等，且作用中心重合，即不存在电矩，对外部呈中性。但在外电场作用下，原子中的电子运行轨道发生了变形位移，电子负电荷的作用中心与原子核的正电荷不再重合，形成电矩。
在外加电场作用下，电介质中的正、负电荷沿着电场方向作有
在电气设备中常常要用到固体绝缘材料，例如电瓷、环氧树脂、橡胶、塑料、云母等。固体电介质的击穿电压比气体、液体电介质高。固体电介质的击穿有电击穿、热击穿和电化学击穿等形式。固体电介质一旦发生击穿后，构成永久性破坏，绝缘性能不可能恢复。新材料、新工艺的不断革新推广，固体介质的绝缘性能不断提高，对提高电气设备的安全运行起到重要作用。
除了电子式极化、离子式极化、偶极子式极化外，还有空间电荷极化和夹层式极化。
各种电介质中多少都存在一些可迁徙的电子或离子。这些带电质点在电场作用下移动，积聚在电极附近的介质界面上，形成空间
有些电介质的分子结构与上述不同，即使在没有外电场作用的情况下，正、负电荷的作用中心也不重合。就其单个分子而言形成一个永久性的偶极矩，称为偶极子。这种具有永久性的偶极子的电介质称为极性电介质。在无外电场作用时，各个偶极子处于不规则的热运动中，排列混乱，其极性相互抵消，整个电介质对外不呈现极性。在出现外电场作用时，原来杂乱排列的偶极子受到电场力的作用发生转向，沿电场方向定向排列，整个介质对外呈现极性。这种极性电介质在外电场作用下，由偶极子分子的转向形成的极化称为偶极子式极化。
电荷，这种极化称为空间电荷极化。夹层极化是指几种不同电介质荷积聚，这一过程称为夹层式极化。极性介质中的偶极子极化和复合介质中的夹层式极化属于非弹性极化，极化过程所需时间较长，并伴随有能量损耗。
由于极板间的电介质在外电场作用下会发生极化，在电介质表面会出现与极板上充电电荷极性相反的束缚电荷，在极板充电电压不变的情况下，必须再从电源增加吸取与该束缚电荷等量的充电电荷，以保持极板间的电场强度不变，亦即在极板面积S和极板间距离d不变的情况下，增加了极板间的电容量C。电介质的极化特性愈强，由其构成的电容器的电容量也愈大。电介质极化特性的强弱用相对介电常数εr来表示，εr愈大，由其构成的电容器的电容量也愈大。常用电介质的极化性质及其相对介电常数εr如表2－1所示。
组成的多层复合绝缘也在外电场作用下，各层电介质都要发生极化，但由于彼此极化程度并不相同，因此在各层介质的分界面上出现电
研究电介质的极化特性对提高电气设备的电气性能有十分重要的意义。在制作电力电容器时，为了获得较大的电容量，而又尽量减小电容器的体积和质量，应选取相对介电常数εr大的绝缘介质。
而对于其他电气设备，一般应选择εr小的材料作为绝缘介质，以减小运行时的电容电流和由极化引起的发热损耗。
3. 固体电介质的物理化学性能
各种固体绝缘材料的性能差别很大，绝缘强度、体积电阻率、相对介电系数、介质损失等都不相同。除了这些电气性能外，其他物理和化学性能也很重要。例如电线电缆绝缘用得较多的普通聚氯乙烯（简称PVC）其允许最高工作温度为70℃，考虑到电缆缆芯处导体的温度要比电缆外皮的温度高出10～15℃的温度差，电缆外皮的温度必须限制不超过60℃。为了适应高湿环境，就不能使用普通聚氯乙烯绝缘电力电缆，而应选用耐热聚氯乙烯绝缘（最高工作温度90℃）或交联聚乙烯（简称XLPE）绝缘（最高工作温度90～105℃）电力电缆，或者选用乙丙橡胶（简称EPR）绝缘（最高工作温度90℃）电力电缆。
普通聚氯乙烯的耐寒性也较差，在低温-20℃以下就不宜使用。另外，普通聚氯乙烯在火灾事故时会逸出大量氯化氢等有毒烟气，妨碍消防工作、加剧火势蔓延，而且烟气的沉淀物有导电和腐蚀性，对电气装置还产生“二次危害”。因此，有防火和防毒性要求的场所就不能使用聚氯乙烯绝缘电力电缆，而应选用交联聚乙烯、聚乙
固体电介质的击穿。导致击穿的最小临界电压称为击穿电压。击穿电压除以电介质的厚度称为平均击穿场强。与气体和液体电介质不同的是：固体电介质在击穿过程中出现熔化或烧焦的通道，形成机械损伤，在以后施加不高的电压时，它们就会被击穿，不能再承受原先电压的作用。
固体电介质的击穿过程及击穿电压和电介质的性质、电场的分布、周围温度、散热条件、加电压速度以及加电压时间等很多因素有关。情况不同，固体电介质的击穿发展过程也不同。固体电介质的击穿机理主要有下列三种不同形式。
1. 电击穿
为了防止交联聚乙烯电缆因水树现象而出现事故，应尽量消除绝缘材料中的水分、杂质，并防止水分渗入绝缘和导体的夹层中。因此提倡采用干式交联制造工艺和内、外半导体与绝缘层三层共挤的制造工艺制造交联聚乙烯电力电缆，从而防止交联聚乙烯绝缘接触水分引起水树现象。
可见，固体绝缘材料的物理化学性能对电气设备的安全运行有十分重要的意义，而新材料新工艺的不断革新推广对提高电气设备的安全运行起到重要作用。
烯或乙丙橡皮等绝缘不含卤素的电缆。
交联聚乙烯绝缘既能使用在60℃以上的较高温度环境，也能使用在-20℃以下的较低温度环境，因此交联聚乙烯电力电缆日益得到广泛采用。但是普通交联聚乙烯电力电缆的耐水性较差，在强电场的作用下，交联聚乙烯绝缘可能会出现水树现象（由水分在绝缘结构中形成弯曲的树枝状放电），使绝缘击穿损坏，影响安全运行。
P88 二、固体绝缘击穿的三种形式
在固体电介质上施加电压，当电压较低时，电介质中电流不大，随着电压增加，电流也将增加；当电压增加到某一临界值时，电流剧增，电介质丧失了耐电强度，失去了绝缘作用。这种现象即称为
电击穿是固体介质中存在的少量自由电子在强电场的作用下产生碰撞游离，最后导致击穿。电击穿的发展过程极快，环境温度对其无影响。
2. 热击穿
热击穿是固体介质在电场作用下，由于介质损耗使绝缘内部发热，如发热量大于散热量，温度持续上升，最后由于温度过高而使绝缘损坏击穿。热击穿与环境温度、电压作用时间及电压频率都有关系。环境温度愈高，电压作用时间愈长，击穿电压愈低。电压频率愈高，绝缘的介质损耗也愈大，击穿电压也愈低。
固体绝缘受潮含水量增大时，由于介质损耗增大，泄漏电流增大，很容易出现热击穿。
3. 电化学击穿
电化学击穿是由于电极边缘、电极和绝缘接触处的气隙或者绝缘内部存在气泡等发生电晕或局部放电引起游离、发热和化学反应等因素综合作用而导致的击穿。
P89 三、影响固体介质击穿电压的因素1. 温度对击穿电压的影响
固体电介质的击穿电压与周围环境温度密切相关，周围温度过高，散热不好，击穿电压下降。特别是有些固体绝缘介质，例如电瓷件，当温度超过一定数值后，击穿电压随温度升高而下降，而且可分成两个显著不同的区域：温度低于90℃时击穿电压实际上与温度无关；当温度高于90℃时击穿电压随温度升高而显著下降。这明显地说明在两个区域内的击穿机理是不同的。如图2－20所示，在高温区域的击穿带有热击穿的特点，而低温区域的击穿和热过程关系较少，是电击穿过程。不少固体绝缘材料也都具有类似的性质。2. 电压作用时间对击穿电压的影响
固体绝缘材料的击穿电压也与电压作用时间有关。若电压作用时间很短就被击穿，则这种击穿很可能是电击穿。若电压作用时间较长才引起击穿，则热击穿往往是重要因素。如果电压作用时间特别长，例如长达几十小时甚至几个月才击穿，则一般属于电化学击穿。固体介质击穿性质与电压作用时间的关系如图2-21所示。
3. 电场均匀程度对击穿电压的影响
不均匀电场中，固体电介质的击穿电压比均匀电场中的低得多，电场越不均匀，击穿电压越低。特别是电击穿的击穿场强与电场均匀程度密切有关。在均匀电场中，均匀致密的固体介质其击穿电压往往较高，且与介质厚度接近线性关系。但在不均匀电场中，击穿
高，两者之比称为冲击比或冲击系数，冲击系数一般大于1。
大大下降。因此在确定电气设备的试验电压和试验次数时要注意这种累积效应。
固体绝缘承受高频电压作用时，由于介质损耗增大，而且游离强烈，因此容易引起热击穿或电化学击穿，使击穿电压降低。
6. 机械负荷对击穿电压的影响
如果电气设备在运行中其固体绝缘构件会受到较大的应力或振动，当固体绝缘因此而出现裂缝时，其击穿电压将显著下降。
因此应该根据具体运行条件，选择具有足够机械强度的固体绝缘构件。
7. 固体介质的局部放电和累积效应
有时外加电压虽然很高，但由于作用时间很短，虽然在绝缘结构中已出现轻微的局部放电，但没有形成贯穿性的击穿通道，因此没有被击穿，但是绝缘内部已受伤。如果多次受到高电压作用，这
种内部损伤越来越利害，亦即将会产生累积效应，最终使击穿电压电压已不随厚度成比例上升。而且如因厚度增加，使散热困难，而可能出现热击穿时，增加厚度的意义也就不大了。
4. 潮湿对击穿电压的影响
固体绝缘材料有的容易吸潮，例如棉、纸等纤维类材料；有的不容易吸潮，例如聚四氟乙烯等化工合成材料。棉、纸等纤维类材料吸潮后几乎完全丧失绝缘性能。即使对于那些不容易吸潮的材料，在受潮后的耐电强度也大大下降。因此，高压绝缘件在制造时要采取烘干、浸漆等措施，在运行中也要注意防止受潮。
5. 电压种类对击穿电压的影响
同一种固体绝缘材料在承受交流、直流或冲击电压等不同电压的作用时其击穿电压常常不同。因为直流不会引起介质损耗，因此直流击穿电压要比交流击穿电压高，二者之比称为固体绝缘的耐力比，耐力比一般大于1。
冲击电压由于作用时间短，因此冲击击穿电压比交流击穿电压
P92 第四节 组合绝缘的耐电特性
用各种电介质的电气特性，而且还与所用各种电介质相互配合是否合理密切相关。本书介绍常见的油纸绝缘的耐电特性。
在电气设备的绝缘结构中，为了获得所需要的绝缘性能，一般不太可能只使用一种绝缘材料，而是由两种或两种以上的绝缘介质
组合在一起，即形成组合绝缘。组合绝缘的电气强度不仅取决于所一、油纸绝缘的耐电性能
油纸绝缘是由浸透绝缘油的纸层和纸层间缝隙内的油层两部分组成的组合绝缘。其优点是良好的电气性能，具有很高的耐电强度，而且原料丰富、制作简便、成本低廉，因此在很多高压设备，如电力变压器、高压电容器、互感器和电力电缆中得到广泛应用。
其主要缺点是耐热性能低（一般最高工作温度低于105℃），容易吸收空气中的水分而受潮，使电气绝缘性能显著降低。为此油纸绝缘设备在制造时必须经过干燥处理，对于较高电压的设备必须进行真空干燥，并在注油浸渍时采取真空注油，以便尽可能彻底地清除油纸绝缘中的水分和空气。
油纸绝缘中的纸在油中起屏蔽作用，而油则填充了纸中的空隙，因此耐电强度极高。它的击穿过程与固体介质相近，分短时间的电击穿、长时间的热击穿和电化学击穿。影响击穿电压的因素很多，例如电压作用时间、介质厚度、温度和是否出现局部放电，都对油纸绝缘的击穿电压有很大影响。
1. 电压作用时间的影响
油纸绝缘的耐电性能与电压作用时间有关，短时击穿电压与长时间击穿电压相差很大。例如油纸绝缘电气设备雷电冲击耐受电压（峰值）一般是短时工频耐受电压（1rnin，有效值）的2.1～2.3倍。一般电压作用时间在2h以内，随作用时间的缩短击穿电压显著升高。超过2h后，击穿电压逐渐趋于稳定，与电压作用时间长短无关。
油纸绝缘的击穿过程实际上就是在强电场作用下油纸绝缘内部
发生游离现象，如果游离进一步发展，使绝缘完全破坏，则就形成击穿短路。
良好的油纸绝缘通常在适当的真空度下进行浸渍，因此绝缘中残留的空气一般不超过0.1％，而矿物油中一般可以溶解约10％体积的气体，也就是说这些残留气体可以全部溶解到油里。因此浸渍良好的油纸绝缘中并不存在单独气泡，它的起始游离通常是由绝缘中油层的局部放电引起的。这里所谓起始游离是指不稳定游离。当绝缘上的电压升高到某一数值时，绝缘中发生微弱的游离现象，此时如将电压降到稍低于出现游离的电压，则游离现象就自然消失。
短时间的起始游离不会使绝缘有明显的破坏。游离会使油分解释放出气体，但油本身也能溶解和吸收气体，起始游离阶段放气和吸气是平衡的。只有当油纸绝缘上承受的过电压数值大于起始游离电压，而且作用时间足够长，则有可能发生绝缘击穿。过电压数值愈大，油纸绝缘所能承受的时间也愈短，击穿发生愈快。
2. 局部放电的影响
油纸绝缘的击穿过程与绝缘中油层的局部放电有关。油纸绝缘长时耐电强度在很大程度上取决于局部放电。局部放电可能在纸层中的气隙或极板边缘电场集中处发生，对浸渍纸或有机薄膜产生热、电、化学腐蚀破坏作用，十分有害。一般油纸绝缘结构的工作场强取略低于起始局部放电场强的50％，即在两倍额定电压下不会发生游离。
3. 温度的影响
油的新度随温度的变化而变化，并因此对短时耐电强度产生影响。温度较低时，黏度也较高，带电粒子运动困难，短时耐电强度提高。至于长时耐电强度，则因温度提高后可能出现热击穿或加速绝缘的老化过程而下降。因此油纸绝缘设备，例如电力变压器或高压电力电容器，在运行中要进行温度监视，并特别注意通风冷却，以避免因过热而引起绝缘事故。
4. 介质厚度和介电系数的影响
电极间油纸绝缘的厚度和纸层的介电系数对油纸绝缘的击穿场强也有影响。油纸绝缘愈厚，电场也就愈不均匀，局部放电起始电
UZCYUYCZP94 二、油纸组合绝缘在交直流电压作用下的不同特点
油纸绝缘在交流和直流电压作用下其击穿电压并不一样。一般认为油纸绝缘在直流电压下的耐电强度是交流电压耐电强度的两倍多。
油纸组合绝缘在交流和直流电压作用下，其电压分布规律是不同的。如图2－22所示为油纸组合绝缘的等值电路。在等值电路中，油层和纸层都看作是一个电容，分别以CY和Cz表示；同时，油层和纸层也都有电导，其电阻分别以RY和Rz表示。
在交流电压作用下，流过绝缘的电容电流比电导电流大得多，因此电压分布可近似接与电容量成反比计算，以Uz、UY分别表示纸层和油层上的电压，则有
压也就愈低。如总厚度不变，每层纸愈薄，纸层间的油层愈薄，则放电愈不易发展，局部放电起始电压也就愈高。前面已有介绍，场强分布与εr成反比，油纸绝缘中的油介电系数愈大，在同样电压下，纸层间的油膜场强愈低，因而不容易发生游离放电。因此，高压并联电容器的浸渍剂尽量采用耐电强度和介电系数都高的人工合成油，可以收到既增加了电容量，又减小了油膜的电场强度分布，提高局部放电起始游离电压，从而大大提高油纸绝缘的耐电强度等多方面好处。
电容量CY和Cz分别与油和纸的介电系数εY、εZ有关，即
YSS，CZZ12CY但是，在直流电压作用下，情况就不是这样。在直流电压作用下绝缘中只有电导电流，电压按电阻成正比分布，即
EYUY因为油层的面积和纸层的面积S是相等的，油层和纸层的电场强度EY、EZ分别与其厚度δ1、δ2有关，即
变压器油的相对介电系数εY＝2.2，油浸纸的相对介电系数为3～3.8，取。Z—3.5，εZ比εY高出60％，因此，在交流电压作用下，油层的电场强度EY比纸层中的电场强度Ez高出60％，即
电阻Rz、RY根据电阻公式算出
将式（2－2）、式（2-3）代入式（2－4），经整理后得
EYUY/1CZ2ZSZEZUZ/2CY1YSYEYZ1.6EZYUZRZUYRY，EZ1UZ2RZZ2S而且电压外电场强度E、与厚度δ有以下关系
UZ＝Ezδ2 UY＝EYδ1
因此，有
EYUY/1UY2RY2YEZUZ/2UZ1RZ1Z变压器油的电阻系数ρY取5×1014Ω·cm，油浸纸的电阻系数ρZ取10×1014Ω·cm，不难得出
EY1YEZZ2，RYY1S由上分析可知，在交流电压作用下，油纸组合绝缘中的油层电
场强度比纸层电场强度高，而在直流电压作用下，油层的电场强度只有纸层的1／2，两种情况下绝缘介质受到的电场强度完全不同。其他绝缘介质组成的复合绝缘的电压分布也有类似情况，只不过介质电性能。和产不同，电场强度不均匀的程度大小不同而已。由以上分析可知用直流电压来检查绝缘与交流电压是不同的。它们之间没有简单的换算关系，而且直流电压检查出的缺陷也常常与交流电压不同。预防性试验中一般不能简单的用直流电压试验来代替交流电压试验。
P96 三、组会绝缘的吸收现象
图2－23是两种不同介质重叠成组合绝缘双层介质极化等值电路图。设其中之一的介电系数为ε1、电阻系数为ρ1而另一介质的介电系数为ε2、电阻系数为ρ2。图2－23（a）是示意图，图
2－23（a）则是等值电路图。在等值电路图中分别以电容C1、电阻R2表示介质1，以电容C2、电阻R2表示介质2，并画出了它们之间的并串联关系。
U10C2U20C1由于两种电介质的电性能不同，设C1＜C2、R1＜R2，显然C1／C2≠R2／R1。当开关S断开时，介质上没有电压。现在合上开关，介质上突然出现一个直流电压，在介质上的电压从原来的零突然变为U时，出现一个瞬变过渡过程。在最初瞬间电压突然从零增加到U，上升特别快，对电容C1、C2来说，相当于承受一个变化频率很高的电压，因此电容电抗很小。这时电阻R1、R2相对比C1、C2的容抗大得多，因此电容C1、C2起主要作用，而R1、R2则相当于开路。两层介质上的起始电压分布由C1、C2的大小决定，亦即与容抗成正比，与电容C1、C2成反比，即
式中 U10、U20——分别为在合闸瞬间C1、C2上的电压。因为已假设C2＞C1，则
U10＞U20
设在两层介质中流过的电导电流最初瞬间的起始值分别为i10和i20，则
因为已设R1＜R2，所以
i1i10U10R1U20R2i20U1R1U1R1UU2R2i22R2i10＞ i 20
由于i10≠i20，这时C2被i10中多余的电流充电，在C2上出现电荷积累，电压U2由U20开始逐渐增加。另外U＝U1＋U2，而且电源电压U是恒定的，所以随着U2增加，U1必然降低，这样电压分布出现变化，使电流也作相应的变化：i1减小，i2增大，过一定的时间达到i1＝i2，不再向电容充电。于是U1、U2、i1、i2分别达到稳定值。由
上面介绍的是从开关S合上，介质加上直流电压开始，到电流和电压达到稳定值为止的一个过渡过程，也就是最初电压按电容分配，最后按电阻分配的过渡过程。这个过渡过程的特点如下：
（1）从等值电路来看，这个过程是经过一层介质的电阻向另一层介质的电容充电，在两层介质的交界面上积累有过剩的自由电荷，这个自由电荷称为吸收电荷。
S，则C11（2）从合上电源到电路稳定，整个过程中电源供给的电流是逐渐衰减的，最后趋于稳定电流I∞（见图2－24）。衰减的速度取决于电容和电阻。电气设备的容量大，尺寸大、电容C1和C2愈大，电流衰减愈慢。绝缘质量愈好，电阻R1和R2愈大，这时电流衰减也愈慢。如果绝缘受潮，R1、R2愈小，则电流很快趋于稳定，这时电流很快完成衰减过程，但是稳定电流I∞具有较大的数值。由于绝缘介质的电阻都比较大，所以良好的油浸纸绝缘大容量设备吸收电流的衰减过程所需时间很长，少则几十秒，多则几十分钟。
（3）从上面叙述可知，吸收电流要经过电阻向电容充电，所以在整个过程中都伴随有能量损失。
（4）均匀介质不存在吸收现象。首先假定C1／C2≠R1／R1，亦即组合在一起的两种介质具有不同的电性能，由此构成的组合绝缘属于不均匀介质，只有不均匀介质才具有吸收现象。如果组合在一起的两种介质具有相同的电性能，介电系数和电阻系数都相同，亦即ε1＝ε2、ρ1＝ρ2，两种介质的厚度分别为d1和d2，接触面积为
SSS、C22、R11、d1d2d1R22S。因此d2C1/C21R2/R12SS/1d1/d2d2d1SS/2d2/d1d1d2因此C1／C2＝R2／R1。由这样两种电性能相同的介质构成的组
合绝缘属于均匀介质，在合上直流电源后电压起始分布和稳态分布相同，也就没有吸收过程，即均匀介质不存在吸收现象。
（5）绝缘介质的吸收现象是可逆的。在对组合绝缘施加直流电压时，吸收积聚在介质内部的电荷，在介质两端失去电压后还能缓慢地放出。由于吸收电荷的释放比较缓慢，有时为了测试的正确性，也为了人员的安全，需要将被试设备组合绝缘中的吸收电荷彻底放尽，必须将被试品接地短路放电1～2min，甚至更长时间，以使吸收电荷充分泄放完毕。
P99 复习题
1. 试述空气间隙的击穿过程。
2. 空气间隙在电场作用下出现自持放电是否一定会发生击穿？3. 什么叫巴申定律？气体间隙的击穿电压与气体压力有什么关系？
4. 在标准大气压下，均匀电场中空气间隙的工频击穿电压大约为多少？在不均匀电场中，如果空气间隙的距离大于50cm，负极性和正极性的直流击穿场强各是多少？
5. 什么叫击穿电压的极性效应？为什么存在极性效应？
6. 从放电的观点来看，稍不均匀电场和极不均匀电场有什么区别？
7. 雷电冲击和操作冲击电压波形有何区别？写出它们各自的典
型波形参数。
8. U50%代表什么意思？
9. 断路器新电极为什么要进行老炼处理？
10. 在我国北方地区用于户内的SF6开关设备其工作压力为什么与用在户外的开关设备有不同要求？
11. 试述SF6气体的特性。为什么说SF6气体有时会有毒性？12. 辉光放电和电晕放电有什么区别？分别在什么条件下形成？
13. 变压器油的三种牌号：DB-10、DH-25、DW-45分别适用于什么场合？
14. 为什么变压器油中存在气泡时对击穿电压产生不利影响？15. 试用“小桥”理论解释变压器油的击穿过程。16. 水分对变压器油的耐电强度有何影响？
17. 为什么在对防火和防毒性有严格要求的场所不能安装使用聚氯乙烯绝缘电力电缆？
18. 固体绝缘击穿机理有哪三种不同形式？19. 试述固定绝缘局部放电的累积效应。
20. 影响空气中固体介质沿面放电电压的各种因素有哪些？21. 电压作用时间对油纸绝缘的击穿电压有何影响？
22. 油纸组合绝缘在交流电压和直流电压两种不同电压作用下有什么不同特点？
23. 什么叫组合绝缘的吸收现象？吸收现象有哪些特点？
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容