介電強度

介電強度決定了電介質承受施加於其上的電壓的能力。因此，電介質的電氣強度被理解為電介質發生電擊穿時的電場強度 Epr 的平均值。

電介質的電擊穿是給定材料的電導率在施加電壓的作用下急劇增加，隨後形成導電等離子體通道的現象。

液體或氣體中的電擊穿也稱為放電。其實這樣的放電就形成了 電容放電電流由施加擊穿電壓的電極形成。

在這種情況下，擊穿電壓 Upr 是電擊穿開始時的電壓，因此可以使用以下公式計算介電強度（其中 h 是要擊穿的樣品的厚度）：

Epr = UNC/小時

顯然，在任何特定情況下的擊穿電壓都與所考慮的電介質的介電強度有關，並且取決於電極之間間隙的厚度。因此，隨著電極之間的間隙增加，擊穿電壓值也增加。在液態和氣態電介質中，擊穿期間放電的發展以不同的方式發生。

氣態電介質的介電強度

電離——將中性原子轉化為正離子或負離子的過程。

在擊穿氣體電介質中的大間隙的過程中，幾個階段依次進行：

1. 由於氣體分子的光電離，直接來自金屬電極或偶然，氣隙中出現自由電子。

2.出現在間隙中的自由電子被電場加速，電子的能量增加，最終足以在與中性原子碰撞時電離它。即，發生碰撞電離。

3. 由於許多碰撞電離作用，電子雪崩形成並發展。

4. 流光形成——由電子雪崩後留下的正離子和現在被吸入帶正電等離子體的負離子形成的等離子體通道。

5. 通過流光的電容電流導致熱電離，流光變得導電。

6.當放電間隙被放電通道關閉時，發生主放電。

如果放電間隙足夠小，則擊穿過程可能已經在雪崩擊穿階段或流光形成階段 - 在火花階段結束。

氣體的電氣強度由以下因素決定：

• 電極之間的距離；

• 待鑽氣體中的壓力；

• 氣體分子對電子的親和力，氣體的電負性。

壓力關係解釋如下。隨著氣體中壓力的增加，其分子之間的距離減小。在加速過程中，電子必須以更短的自由程獲得相同的能量，這足以使原子電離。

這種能量由碰撞過程中電子的速度決定，速度的發展是由於電場作用在電子上的力的加速，即由於其強度。

Paschen 曲線顯示氣體中的擊穿電壓 Upr 與電極之間的距離與壓力的乘積 — p * h 的相關性。例如，對於 p * h = 0.7 帕斯卡 * 米的空氣，擊穿電壓約為 330 伏。該值左側的擊穿電壓增加是由於電子與氣體分子碰撞的概率降低。

電子親和力是一些中性分子和氣體原子將額外的電子附加到自身並變成負離子的能力。在具有高電子親和原子的氣體中，在電負性氣體中，電子需要很大的加速能量才能形成雪崩。

眾所周知，在常態下，即在常溫常壓下，空氣在1cm間隙內的介電強度約為3000V/mm，但在0.3MPa的壓力下（是平時的3倍）同樣空氣的介電強度變得接近 10,000 V/mm。對於帶電負性氣體 SF6 氣體，正常條件下的介電強度約為 8700 V/mm。在 0.3 MPa 的壓力下，它達到 20,000 V / mm。

液體電介質的介電強度

至於液體電介質，它們的介電強度與其化學結構沒有直接關係。與氣體相比，影響液體衰變機制的主要因素是其分子排列非常緊密。碰撞電離是氣體的特徵，在液體電介質中是不可能的。

碰撞電離能約為 5 eV，如果我們將此能量表示為電場強度、電子電荷和平均自由程（約為 500 納米）的乘積，然後據此計算介電強度，我們獲得 10,000,000 V/mm ，液體的實際電氣強度範圍為 20,000 至 40,000 V/mm。

液體的介電強度實際上取決於這些液體中的氣體量。此外，介電強度取決於施加電壓的電極表面的狀況。分解成液體始於小氣泡的分解。

氣體的介電常數低得多，因此氣泡中的電壓高於周圍液體中的電壓。在這種情況下，氣體的介電強度較低。氣泡放電導致氣泡增長，最終由於氣泡中的局部放電而發生液體破裂。

雜質在液體電介質的擊穿發展機制中起著重要作用。例如，考慮變壓器油。煤煙和水作為導電雜質會降低介電強度 變壓器油.

雖然水通常不與油混合，但在電場的作用下，油中最小的水滴在電場作用下發生極化，形成導電性比周圍油高的電路，從而沿電路發生油擊穿。

為了確定實驗室條件下液體的介電強度，使用半球形電極，其半徑比它們之間的距離大幾倍。在電極之間的間隙中產生均勻的電場。典型距離為 2.5 mm。

對於變壓器油，擊穿電壓不應低於50,000伏，其最佳樣品的擊穿電壓值為80,000伏。同時，請記住，在碰撞電離理論中，這個電壓應該是 2,000,000 — 3,000,000 伏特。

因此，要提高液體電介質的介電強度，有必要：

• 清除液體中的固體導電顆粒，如煤、煙灰等；

• 從介電流體中除去水；

• 對液體進行消毒（疏散）；

• 增加流體壓力。

固體電介質的介電強度

固體電介質的介電強度與施加擊穿電壓的時間有關。並且根據電壓施加到電介質的時間以及當時發生的物理過程，它們區分：

• 施加電壓後幾分之一秒內發生的電氣故障；

• 數秒甚至數小時內發生的熱坍塌；

• 由於局部放電擊穿，暴露時間可能超過一年。

固體電介質擊穿的機制在於在施加電壓的作用下物質中的化學鍵被破壞，同時物質轉變為等離子體。也就是說，我們可以討論固體電介質的電氣強度與其化學鍵能之間的比例關係。

固體電介質通常超過液體和氣體的介電強度，例如，絕緣玻璃的電強度約為 70,000 V/mm，聚氯乙烯為 40,000 V/mm，聚乙烯為 30,000 V/mm。

熱擊穿的原因在於由於電介質的加熱 介電損耗當功率損耗能量超過電介質去除的能量時。

隨著溫度升高，載流子數量增加，電導率增加，損耗角增加，因此溫度升高更多，介電強度降低。結果，由於電介質的加熱，所導致的故障發生在比沒有加熱時更低的電壓下，也就是說，如果故障是純粹的電氣故障。