固體、液體、氣體介質(zhì)及其組合介質(zhì)在高電壓作用下，介質(zhì)強度喪失的現象。 破壞性放電時(shí)，電極間的電壓迅速下降到零或接近于零。

擊穿是電介質(zhì)的基本性能之一，標志著(zhù)它在電場(chǎng)作用下保持絕緣性能的極限能力，是決定電力設備、電子元器件終使用壽命的重要因素。介質(zhì)擊穿電壓的大小與材料的組成、厚度、環(huán)境條件及電極形狀、布置等有關(guān)。均勻電場(chǎng)下，單位厚度電介質(zhì)的擊穿電壓(MV/m)稱(chēng)為電介質(zhì)擊穿場(chǎng)強，又稱(chēng)介電強度。當電介質(zhì)中含有水分、氣泡及細微雜質(zhì)時(shí)，常使擊穿場(chǎng)強降低。

氣體電介質(zhì)的擊穿

氣體電介質(zhì)的擊穿主要指在電場(chǎng)作用下氣體分子發(fā)生碰撞電離而導致電極間的貫穿性放電。當施加在氣體電介質(zhì)上的電壓超過(guò)氣體的飽和電流階段之后，即進(jìn)入電子碰撞游離階段，帶電質(zhì)點(diǎn)(主要是電子)在電場(chǎng)中獲得巨大能量，從而將氣體分子碰裂游離成正離子和電子。新形成的電子又在電場(chǎng)中積累能量去碰撞其他分子，使其游離，如此連鎖反應，便形成了電子崩。電子崩向陽(yáng)極發(fā)展，后形成一個(gè)具有高電導的通道，導致氣體擊穿。

氣體電介質(zhì)擊穿電壓與氣壓、溫度、電極形狀及氣隙距離等有關(guān)，因此在實(shí)際工作中要考慮這些因素并進(jìn)行校正。

巴申定律指出提高氣體擊穿電壓的方法是提高氣壓或提高真空度，這兩者在工程上都有實(shí)用意義。這就是當變壓器在真空濾油，直接測量絕緣電阻時(shí)，絕緣強度可能很低的原因，要測試絕緣電阻就必須破壞真空。

空氣是很好的氣體絕緣材料，電離場(chǎng)強和擊穿場(chǎng)強高，擊穿后能迅速恢復絕緣性能，且不燃、不爆、不老化、無(wú)腐蝕性，因而得到了廣泛應用。為提供高電壓輸電線(xiàn)或變電所的空氣間隙距離的設計依據(高壓輸電線(xiàn)應離地面多高等)，需進(jìn)行長(cháng)空氣間隙的工頻擊穿試驗。

固體電介質(zhì)擊穿

固體介質(zhì)擊穿后，由于有巨大電流通過(guò)，介質(zhì)中會(huì )出現熔化或燒焦的通道，或出現裂紋。脆性介質(zhì)擊穿時(shí)，常發(fā)生材料的碎裂。固體電介質(zhì)的擊穿大致可分為電擊穿、熱擊穿、電化學(xué)擊穿三種形式，不同擊穿形式與電壓作用時(shí)問(wèn)和場(chǎng)強的關(guān)系如圖3．32所示。

(1)電擊穿。

電擊穿是因電場(chǎng)使電介質(zhì)中積聚起足夠數量和能量的帶電質(zhì)點(diǎn)而導致電介質(zhì)失去絕緣性能。在強電場(chǎng)的作用下，當電介質(zhì)的帶電質(zhì)點(diǎn)劇烈運動(dòng)，發(fā)生碰撞游離的連鎖反應時(shí)，就產(chǎn)生電子崩。當電場(chǎng)強度足夠強時(shí)，就會(huì )發(fā)生電擊穿，此種電擊穿是屬于電子游離性質(zhì)的擊穿。一般情況下，電擊穿的擊穿電壓是隨著(zhù)電介質(zhì)的厚度呈線(xiàn)性地增加，而與加壓時(shí)的溫度無(wú)關(guān)。電擊穿作用時(shí)間很短，一般以微秒計，其擊穿電壓較高，而擊穿場(chǎng)強與電場(chǎng)均勻程度關(guān)系很大。

(2)熱擊穿。熱擊穿是指在強電場(chǎng)作用下，由于電介質(zhì)內部介質(zhì)損耗而產(chǎn)生的熱量，由于來(lái)不及散發(fā)出去，使得電介質(zhì)內部熱量積累、溫度過(guò)高，而電介質(zhì)的絕緣電阻或介質(zhì)損耗具有負的溫度系數。當溫度上升時(shí)，其電阻變小，又會(huì )使電流進(jìn)一步增大，損耗發(fā)熱也增大。電解質(zhì)的熱擊穿是由電介質(zhì)內部的熱不平衡過(guò)程造成的。如果發(fā)熱量大于散熱量，形成惡性循環(huán)，電介質(zhì)溫度就會(huì )不斷上升，導致溫度不斷上升，進(jìn)一步引起介質(zhì)分解、炭化等。因此，導致分子結構破壞而擊穿稱(chēng)為熱擊穿。熱擊穿的特點(diǎn)是：擊穿電壓隨溫度的升高而下降，擊穿電壓與散熱條件有關(guān)，如電介質(zhì)厚度增加，散熱條件變壞，擊穿強度也隨之下降。高壓電器設備(如電纜、套管、發(fā)電機等)由于結構原因，在運行中經(jīng)常出現溫度過(guò)高，引起絕緣劣化、損耗增大而發(fā)生熱擊穿故障。熱擊穿除與溫度和時(shí)間有關(guān)外，還與頻率和電化學(xué)擊穿有關(guān)。當外施電壓頻率增高時(shí)，擊穿電壓將下降。而電化學(xué)過(guò)程也將引起絕緣劣化和介損增加，從而導致發(fā)熱增加。因此，可以認為電化學(xué)擊穿是某些熱擊穿的前奏。

(3)電化學(xué)擊穿。

電化學(xué)擊穿是固體電介質(zhì)在電場(chǎng)、溫度、化學(xué)以及機械力等因素的長(cháng)期作用下，電介質(zhì)的物理和化學(xué)性能發(fā)生緩慢的、不可逆的老化，性能逐漸劣化，擊穿電壓逐漸下降，長(cháng)時(shí)間擊穿電壓常常只有短時(shí)擊穿電壓的幾分之一，并終喪失絕緣能力。這種絕緣擊穿稱(chēng)為電化學(xué)擊穿。例如，在強電場(chǎng)作用下，電介質(zhì)內部包含的氣泡首先發(fā)生碰撞游離而放電，雜質(zhì)(如水分)也因受電場(chǎng)加熱而氣化并產(chǎn)生氣泡，于是使氣泡放電進(jìn)一步發(fā)展，導致整個(gè)電介質(zhì)擊穿。如變壓器油、電纜、套管、高壓電機定子線(xiàn)棒等，也往往因含氣泡發(fā)生局部放電，如果逐步發(fā)展會(huì )使整個(gè)電極之間導通擊穿。而在有機介質(zhì)內部(如油浸紙、橡膠等)，氣泡內持續的局部放電會(huì )產(chǎn)生游離生成物，如臭氧及碳水等化合物，從而引起介質(zhì)逐漸變質(zhì)和劣化。電化學(xué)擊穿與介質(zhì)的電壓作用時(shí)間、溫度、電場(chǎng)均勻程度、累積效應、受潮、機械負荷等多種因素相關(guān)。

液體電介質(zhì)的擊穿在純凈的液體電介質(zhì)中，其擊穿也是由于離子游離所引起的，但工程上用的液體電介質(zhì)或多或少總會(huì )有雜質(zhì)，如工程中用的變壓器油，其擊穿則*是由雜質(zhì)所造成的。

在電場(chǎng)作用下，變壓器中的雜質(zhì)如水泡、纖維等聚集到兩電極之內，由于它們的介電常數比油的大得多(纖維為

=7，水為

=81，油為

=2.3)，將被吸向電場(chǎng)較集中的區域，可能順著(zhù)電力線(xiàn)排列起來(lái)，即順電場(chǎng)方向構成“小橋”。小橋的電導和介電常數都比油大，因而使小橋及其周?chē)碾妶?chǎng)更為集中，降低了油的擊穿電壓。若雜質(zhì)較多，還可構成貫穿整個(gè)電極間隙的小橋。有時(shí)，由于較大的電導電流使小橋發(fā)熱，形成油或水分局部氣化，生成的氣泡也沿著(zhù)電力線(xiàn)排列形成擊穿。變壓器油中見(jiàn)的雜質(zhì)有水分、纖維、灰塵、油泥和溶解的氣體等。水分對變壓器擊穿強度的影響更大，由圖2—18可以看出，含有0．03%水分的變壓器的擊穿強度僅為干燥時(shí)的一半。纖維容易吸收水分，纖維含量多，水分也就多，而且纖維更易順電場(chǎng)方向構成橋路。油中溶解的氣體一旦遇到溫度變化或攪動(dòng)就容易釋放出形成氣泡，這些氣泡在較低電壓下就可能游離，游離氣泡的溫度升高就會(huì )蒸發(fā)，因而氣泡沿電場(chǎng)方向也易構成小橋，導致變壓器油擊穿。

液體和固體電介質(zhì)分界面的放電現象稱(chēng)為液體電介質(zhì)中的沿面放電。這種放電不僅可使液體變質(zhì)，而且放電產(chǎn)生的熱作用和劇烈的壓力變化可能使固體介質(zhì)內產(chǎn)生氣泡。經(jīng)多次作用會(huì )使固體介質(zhì)出現分層、開(kāi)裂現象，放電有可能在固體介質(zhì)內發(fā)展，絕緣結構的擊穿電壓因此下降。脈沖電壓下液體電介質(zhì)擊穿時(shí)，常出現強力氣體沖擊波(即電水錘)，可用于水下探礦、橋墩探傷及人體內臟結石的體外破碎。