介質(zhì)的擊穿場強(qiáng)的絕緣特性

氣體、特別是空氣，是電力系統(tǒng)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛的絕緣材料。如架空輸電線路相與相之間、線路與鐵塔之間、變壓器引出線之間都是以空氣作為絕緣介質(zhì)的。此外，在一些液體與固體絕緣材料內(nèi)部也或多或少的含有一些氣泡。所以氣體放電的研究是高電壓技術(shù)中的一個基本任務(wù)。

在通常情況下，由于宇宙射線及地層放射性物質(zhì)的作用，氣體中含有少量的帶電質(zhì)點(diǎn)(約為1000對/cm³)，在電場作用下，這些帶電質(zhì)點(diǎn)沿電場方向運(yùn)動，形成電導(dǎo)電流，故氣體通常并不是理想的絕緣材料。當(dāng)電場較弱時，由于帶電質(zhì)點(diǎn)極少，氣體中的電導(dǎo)電流也極小，故可認(rèn)為氣體電介質(zhì)是良好的絕緣介質(zhì)，在電場作用下，電子在氣體介質(zhì)中的運(yùn)動軌跡如圖1-1所示。

當(dāng)加在氣體間隙上的電場強(qiáng)度達(dá)到某一臨界值后，間隙中的電流會突然劇增，氣體介質(zhì)會失去絕緣性能而導(dǎo)致擊穿，這種現(xiàn)象稱為氣體介質(zhì)的擊穿，也稱氣體放電。擊穿時加在氣體間隙兩端的電壓稱為該氣隙的電壓擊穿，或稱放電電壓，用U_F表示。均勻電場中，電壓擊穿與間隙距離之比稱為該氣體介質(zhì)的擊穿場強(qiáng)。擊穿場強(qiáng)反映了氣體介質(zhì)耐受電場作用的能力，也即該氣體的電氣強(qiáng)度，或稱氣體的絕緣強(qiáng)度；在不均勻電場中，電壓擊穿與間除距離之比，稱為該氣體介質(zhì)的平均擊穿場強(qiáng)。

氣體間隙擊穿后，由于電源容量、電極形式、氣體壓力等的不同，而具有不同的放電形式。在大氣壓或更高的氣壓下常表現(xiàn)為火花放電的形式，但如果電源功率大、內(nèi)阻小時，就可能出現(xiàn)電流大、溫度高的電弧放電。不管是火花放電還是電弧放電，放電通常限制在一個帶狀的狹窄通道中。在極不均勻電場中，可能只有局部間隙中的場強(qiáng)達(dá)到臨界值，在此局部處首先出現(xiàn)放電，叫局部放電。高壓輸電線路導(dǎo)線周圍出現(xiàn)的電暈放電就屬于局部放電。

上面所說的“放電"或“擊穿"也適用于液體或固體介質(zhì)。當(dāng)電極間既有固體介質(zhì)，又有氣體或液體介質(zhì)，它們構(gòu)成并聯(lián)的放電路徑時，放電往往沿著固體介質(zhì)表面發(fā)生，通常叫做閃絡(luò)。例如當(dāng)輸電線路上出現(xiàn)較高的電壓時，常常會引起沿絕緣子表面的閃絡(luò)，固體介質(zhì)中的擊穿將使介質(zhì)強(qiáng)度喪失。而在氣休或液體介質(zhì)中發(fā)生擊穿則一般只引起介質(zhì)強(qiáng)度的暫時喪失，當(dāng)外加電壓去掉后，能恢復(fù)其絕緣性能，故稱為自恢復(fù)絕緣。