介电强度

介电强度决定了电介质承受施加于其上的电压的能力。因此，电介质的电气强度被理解为电介质发生电击穿时的电场强度 Epr 的平均值。

电介质的电击穿是给定材料的电导率在施加电压的作用下急剧增加，随后形成导电等离子体通道的现象。

液体或气体中的电击穿也称为放电。其实这样的放电就形成了 电容放电电流由施加击穿电压的电极形成。

在这种情况下，击穿电压 Upr 是电击穿开始时的电压，因此可以使用以下公式计算介电强度（其中 h 是要击穿的样品的厚度）：

Epr = UNC/小时

显然，在任何特定情况下的击穿电压都与所考虑的电介质的介电强度有关，并且取决于电极之间间隙的厚度。因此，随着电极之间的间隙增加，击穿电压值也增加。在液态和气态电介质中，击穿期间放电的发展以不同的方式发生。

气态电介质的介电强度

电离——将中性原子转化为正离子或负离子的过程。

在击穿气体电介质中的大间隙的过程中，几个阶段依次进行：

1. 由于气体分子的光电离，直接来自金属电极或偶然，气隙中出现自由电子。

2.出现在间隙中的自由电子被电场加速，电子的能量增加，最终足以在与中性原子碰撞时电离它。即，发生碰撞电离。

3. 由于许多碰撞电离作用，电子雪崩形成并发展。

4. 流光形成——由电子雪崩后留下的正离子和现在被吸入带正电等离子体的负离子形成的等离子体通道。

5. 通过流光的电容电流导致热电离，流光变得导电。

6.当放电间隙被放电通道关闭时，发生主放电。

如果放电间隙足够小，则击穿过程可能已经在雪崩击穿阶段或流光形成阶段 - 在火花阶段结束。

气体的电气强度由以下因素决定：

• 电极之间的距离；

• 待钻气体中的压力；

• 气体分子对电子的亲和力，气体的电负性。

压力关系解释如下。随着气体中压力的增加，其分子之间的距离减小。在加速过程中，电子必须以更短的自由程获得相同的能量，这足以使原子电离。

这种能量由碰撞过程中电子的速度决定，速度的发展是由于电场作用在电子上的力的加速，即由于其强度。

Paschen 曲线显示气体中的击穿电压 Upr 与电极之间的距离与压力的乘积 — p * h 的相关性。例如，对于 p * h = 0.7 帕斯卡 * 米的空气，击穿电压约为 330 伏。该值左侧的击穿电压增加是由于电子与气体分子碰撞的概率降低。

电子亲和力是一些中性分子和气体原子将额外的电子附加到自身并变成负离子的能力。在具有高电子亲和原子的气体中，在电负性气体中，电子需要很大的加速能量才能形成雪崩。

众所周知，在常态下，即常温常压下，空气在1cm间隙内的介电强度约为3000V/mm，但在0.3MPa的压力下（是平时的3倍）同样空气的介电强度变得接近 10,000 V/mm。对于带电负性气体 SF6 气体，正常条件下的介电强度约为 8700 V/mm。在 0.3 MPa 的压力下，它达到 20,000 V / mm。

液体电介质的介电强度

至于液体电介质，它们的介电强度与其化学结构没有直接关系。与气体相比，影响液体衰变机制的主要因素是其分子排列非常紧密。碰撞电离是气体的特征，在液体电介质中是不可能的。

碰撞电离能约为 5 eV，如果我们将此能量表示为电场强度、电子电荷和平均自由程（约为 500 纳米）的乘积，然后据此计算介电强度，我们获得 10,000,000 V/mm ，液体的实际电气强度范围为 20,000 至 40,000 V/mm。

液体的介电强度实际上取决于这些液体中的气体量。此外，介电强度取决于施加电压的电极表面的状况。分解成液体始于小气泡的分解。

气体的介电常数低得多，因此气泡中的电压高于周围液体中的电压。在这种情况下，气体的介电强度较低。气泡放电导致气泡增长，最终由于气泡中的局部放电而发生液体破裂。

杂质在液体电介质的击穿发展机制中起着重要作用。例如，考虑变压器油。煤烟和水作为导电杂质会降低介电强度 变压器油.

虽然水通常不与油混合，但其在油中的最小液滴在电场的作用下发生极化，形成与周围油相比电导率增加的电路，结果沿电路发生油击穿。

为了确定实验室条件下液体的介电强度，使用了半球形电极，其半径比它们之间的距离大几倍。在电极之间的间隙中产生均匀的电场。典型距离为 2.5 mm。

对于变压器油，击穿电压不应低于50,000伏，其最佳样品的击穿电压值为80,000伏。同时，请记住，在碰撞电离理论中，这个电压应该是 2,000,000 — 3,000,000 伏特。

因此，要提高液体电介质的介电强度，有必要：

• 清除液体中的固体导电颗粒，如煤、烟灰等；

• 从介电流体中除去水；

• 对液体进行消毒（疏散）；

• 增加流体压力。

固体电介质的介电强度

固体电介质的介电强度与施加击穿电压的时间有关。并且根据电压施加到电介质的时间以及当时发生的物理过程，它们区分：

• 施加电压后几分之一秒内发生的电气故障；

• 数秒甚至数小时内发生的热坍塌；

• 由于局部放电击穿，暴露时间可能超过一年。

固体电介质击穿的机制在于在施加电压的作用下破坏物质中的化学键，并将物质转化为等离子体。也就是说，我们可以讨论固体电介质的电气强度与其化学键能之间的比例关系。

固体电介质通常超过液体和气体的介电强度，例如，绝缘玻璃的电强度约为 70,000 V/mm，聚氯乙烯为 40,000 V/mm，聚乙烯为 30,000 V/mm。

热击穿的原因在于由于电介质的加热 介电损耗当功率损耗能量超过电介质去除的能量时。

随着温度升高，载流子数量增加，电导率增加，损耗角增大，因此温度升高更多，介电强度降低。结果，由于电介质的加热，所导致的故障发生在比没有加热时更低的电压下，也就是说，如果故障是纯粹的电气故障。