固体电介质的绝缘特性_固体电介质的击穿形式

固体介质广泛用作电气设备的内绝缘，常见的有绝缘纸、纸板、云母、塑料等。高压导体总是需要用固体绝缘材料来支持或悬挂，这种固体绝缘称为绝缘子，而用于制造绝缘子的固体介质有电瓷、玻璃、硅橡胶等。高压绝缘子从结构上可以分为以下三类。

1.（狭义）绝缘子

用作带电体和接地体之间的绝缘和固定链接，如悬式绝缘子、支柱绝缘子、横担绝缘子等。电工陶瓷绝缘子在绝缘子的发展历史中占据了主导地位，钢化玻璃目前仅用于盘形悬式绝缘子，由环氧引拨棒和硅像胶伞裙护套构成的合成绝缘子是新一代的绝缘子，具有强度高、重量轻、耐污闪能力强等明显优点。

2.套筒

用作电器内绝缘的容器，多数由电工陶瓷制成，如互感器瓷套、避雷器瓷套及断路器瓷套等。

3.套管

用作导电体穿过接地隔板、电器外壳和墙壁的绝缘件，如穿越墙壁的穿墙套管，变压器、电容量的出现套管等。

与气体、液体介质相比，固体介质的击穿场强较高，是非自恢复绝缘，不像气体、液体介质那样能自行恢复绝缘性能。每次冲击电压下固体介质发生部分损伤，留下有不能恢复的痕迹，如烧焦或熔化的通道、裂缝等，多次作用下部分损伤会扩大而导致击穿。这种现象即为固体介质的累积效应。固体介质击穿的特点是击穿场强与电压作用时间有很大的关系。随电压作用时间的不同，固体电介质的击穿有热击穿、电击穿和电化学击穿三种形式。

1.电击穿

电击穿的主要特征是：击穿场强高（大致在5-15MV/CM范围），实用绝缘系统是不可能达到的。均匀电场中电击穿场强反映了固体介质耐受电场作用能力的最大限度，所以，通常称之为耐电强度或电气强度。

2.热击穿

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。热击穿所需时间较长，常需要及个小时，即使在提高试验电压时也常需要好几分钟。电介质的热击穿与材料的性能、绝缘结构及电压种类、环境稳定等有关。如在直流电压下，正常未受潮的绝缘很少发生热击穿。交流电压的频率提高时，热击穿的可能性比工频时大得多，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。

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。介质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，N0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。然后或快或慢地随时间发展至固体介质劣化损伤逐步扩大，之时介质击穿。

因此，在设计时，应使绝缘在工作电压下不发生局部放电，一是尽量消除气隙的尺寸，二是设法提高空穴的击穿场强。如钢管油压电缆中用高压油来消除电缆绝缘层中可能出现的气隙，就是一个应用实例。