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气体固体液体电介质击穿过程的异同在我们生活中，气体、固体、液体和电介质都扮演着重要的角色，但当它们遇到电压时，情况就变得有趣了。
想象一下，就像我们在热锅上煮水，水分子一开始懒洋洋地呆着，突然加热之后，它们开始活跃，整个气氛瞬间就变得热烈起来。
这就像气体在电场下，随着电压的增加，气体分子们逐渐被激发，最终达到一种击穿的状态。
哇，这可是个激动人心的时刻，气体里的离子开始奔跑，像是聚会的年轻人，一下子就打破了原有的沉寂，形成了电流。
这种现象我们称为“气体击穿”，听起来是不是挺酷的？再说说固体，固体的击穿就像是在一个坚固的城堡里，原本安静的守卫突然发现外面来了敌人，固体中的电子并不容易被激发。
它们得先突破重重防线，经过一番苦战，才有可能进入击穿状态。
这时候，城堡里就会出现一条裂缝，电流也就趁机而入。
固体的击穿往往需要更高的电压，这就像打破坚冰，非得动用点“重武器”才能奏效。
而液体的情况又是另一番景象。
液体分子就像在水中游泳的鱼儿，一开始在电场的影响下，它们也会变得活跃。
但液体的击穿更像是一场聚会，朋友们在水里玩得正欢，电场的出现就像是一个闪亮的烟花，把大家的注意力吸引过去。
随着电压的增加，液体分子开始剧烈运动，最终形成了导电路径。
这种情况常常会让人联想到水电的奇妙联系，真是让人感叹大自然的神奇。
再来看看电介质，这可是一位非常特别的角色。
电介质就像是聚会中总是保持冷静的人，虽然它的结构相对复杂，但在电场作用下，它却能产生极大的极化效应。
当电场施加到它身上时，电介质内部的电偶极子开始排列，形成了一个隐秘的保护层。
可是，当电压足够高时，这层保护就会被打破，电流便会蜂拥而入，形成击穿现象。
这就像是终于忍不住加入舞池的朋友，一下子就把气氛推向了高兴。
说到这里，我们不得不提到这些击穿过程的异同。
气体、固体、液体和电介质都可以在电场的影响下发生击穿，但每种物质的“耐压能力”可不一样。
气体需要较低的电压，固体的耐压最高，液体则介于两者之间，而电介质则有自己独特的表现方式。
第5章电介质的击穿气体电介质的击穿液体电介质的击穿固体电介质的击穿¾电介质的击穿介质发生击穿时，通过介质的电流剧烈地增加，通常以介质伏安特性斜率趋向于∞（即dI/dU=∞）——击穿发生的标志。
¾击穿电压¾击穿场强：电介质的击穿场强是电介质的基本电性能之一，它决定了电介质在电场作用下保持绝缘性能的极限能力。
5.1 气体电介质的击穿¾正常气体中的载流子(离子和电子)在外电场作用下迁移，形成电流电流随电压增加而增加电离产生的载流子来不及复合，全部到达电极气体中出现碰撞电离，载流子浓度增大，电流不再保持恒定而迅速上升载流子数剧增，气体中的电流无限增大(dI/dU→∞)——丧失绝缘性能。
气体击穿（气体放电）：气体由绝缘状态变为良导电状态的过程。
击穿场强：均匀电场中击穿电压与气体间隙距离之比.击穿场强反映了气体耐受电场作用的能力，即气体的电气强度。
平均击穿场强：不均匀电场中击穿电压与间隙距离之比称¾气体发生击穿时除电流剧增外，通常还伴随有发光及发热等现象。
5.1.1 均匀电场中气体击穿的理论1.气体击穿的汤逊（Townsend）理论电子崩形成过程(电子倍增过程)（1）电子崩与电流倍增外界电离因子在阴极附近产生了一个初始电子，如果空间电场强度足够大，该电子在向阳极运动时就会引起碰撞电离，产生一个新的电子，初始电子和新电子继续向阳极运动，又会引起新的碰撞电离，产生更多的电子。
α如电离系数为，则从阴极出发的一个电子，行经单位距离后增加为2α个电子。
类似雪崩似地发展，这种急剧增大的空间电子流被称为电子崩。
电子崩模型右图所示，在电子崩发展过程中，崩头最前面集中着电子，其后直到崩尾是正离子。
在强电场中出现电子崩α的过程称为过程。
这样的放电依赖于外界条件的，也称为非自持放电.（2）气体的自持放电实验发现，当气隙不太宽时，放电与电极材料有关，因而导致考虑γ过程的作用，由γ过程和过程一起来决定气隙中的电流。
《纳秒脉冲固体电介质击穿特性及机理》正式出版
佚名
【期刊名称】《现代应用物理》
【年(卷),期】2022(13)3
【摘要】2022年8月,由我刊青年编委赵亮博士著作的《纳秒脉冲固体电介质击
穿特性及机理》一书由科学出版社正式出版。
全书围绕“特性机理设计”的总体思路,以部分应用为牵引,着眼于解决高压绝缘结构在设计、应用、评估中所面临的问题,汇集了固体绝缘研究领域的最新学术成果。
希望本书能给读者提供有用的参考。
【总页数】1页(P115-115)
【正文语种】中文
【中图分类】G63
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电系统开关的纳秒脉冲击穿及损伤特性5.书讯:《纳秒脉冲固体电介质击穿特性及
机理》
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天津理工大学中环信息学院教案首页
题目：固体、液体和组合绝缘的电气强度
讲授内容提要：
1.固体电介质的击穿特性
2.液体电介质的击穿特性
教学目的：掌握固体液体电击穿、热击穿理论
教学重点：理解影响固体液体击穿电压的因素及提高击穿电压的方法教学难点：理解各种电场在不同电压下的击穿电压
采用教具和教学手段：多媒体及板书
授课时间：2014年9月1日授课地点：新教学楼1108 教室注：此页为每次课首页，教学过程后附；以每次（两节）课为单元编写教案。
第四章 固体、液体和组合绝缘的电气强度
本次课主要内容：
1. 固体电介质的击穿特性
2. 液体电介质的击穿特性
固体电介质击穿的机理
气、固、液三种电介质中，固体密度最大，耐电强度最高。
固体电介质的击穿过程最复杂，且击穿后是唯一不可恢复的绝缘。
普遍规律：任何介质的击穿总是从电气性能最薄弱的缺陷处发展起来的，这里的缺陷可指电场的集中，也可指介质的不均匀性。
1. 固体电介质击穿特性的划分
2. 电击穿
电击穿理论建立在固体电介质中发生碰撞电离基础上，固体电介质中存在少量传导电子，在电场加速下与晶格结点上的原子碰撞，从而击穿。
3. 热击穿
由于介质损耗的存在，固体电介质在电场中会逐渐发热升温，温度
10-1 1 101 102 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012时间（μs ）
500450400350300250200150100500击穿电压为一分钟耐压的百分比数（％）
升高导致固体电介质电阻下降，电流进一步增大，损耗发热也随之增大。
在电介质不断发热升温的同时，也存在一个通过电极及其它介质向外不断散热的过程。
如果同一时间内发热超过散热，则介质温度会不断上升，以致引起电介质分解炭化，最终击穿，这一过程称为电介质的热击穿过程。
影响固体介质击穿电压主要因素
电压的作用时间
温度
电场均匀度和介质厚度
电压频率
受潮度的影响
机械力的影响
多层性的影响
累积效应的影响
提高电介质击穿电压的方法
改进绝缘设计如采取合理的绝缘结构，使各部分绝缘的耐电强度能与共所承担的场强有适当的配合；改善电极形状及表面光洁度，尽可能使电场分布均匀，把边缘效应减到最小；改善电极与绝缘体的接触状态，消除接触处的气隙或使接触处的气隙不承受电位差。
改进制造工艺清除固体电介质中残留的杂质、气泡、水分等
改善运行条件注意防潮，加强散热冷却等。
固体电介质的老化
老化——电气设备的绝缘在长期运行过程中会发生一系列物理变化(如固体介质软化或熔解,低分子化合物及增塑剂的挥发)和化学变化(如氧化,电解,电离,生成新物质), 致使其电气,机械及其他性能逐渐劣化。
1.环境老化：光氧老化（主要）、臭氧老化、盐雾酸碱等污染性化学老化。
2．固体电介质的电老化 在电场的长时间作用下逐渐使介质的物理、化学性能发生不可逆的劣化，最终导致击穿。
电老化的类型：电离性老化、电导性老化和电解性老化。
前两种主要在交流电压下产生，后一种主要在直流电压下产生
3．热老化 在较高温度下，固体介质会逐渐热老化。
热老化的主要过程为热裂解、氧化裂解、交联、以及低分子挥发物的进出。
热老化的象征大多为介质失去弹性,变僵硬，变脆．发生龟裂。
设备“绝缘寿命”与其“工作温度”之间的关系：
蒙辛格热老化规则: 该类设备绝缘的工作温度如提高10℃（或8℃，6℃），绝缘寿命便缩短到原来的一半。
液体电介质击穿的机理
1. 纯净液体电介质的电击穿理论
液体中因强场发射等原因产生的电子，在电场中被加速，与液体分子发生碰撞电离
在极不均匀电场中变压器油的击穿过程，先在尖电极附近开始电离，电离开始阶段以后是流注发展阶段，流注分级地向另一电极发展，放电通道出现分枝，最后流注通道贯通整个间隙
()θαθθα∆---==Ae Ae T 0
与长空气间隙的放电过程很相似
2. 纯净液体电介质的气泡击穿理论
当外加电场较高时，液体介质内由于各种原因产生气泡
1）电子电流加热液体，分解出气体；
2）电子碰撞液体分子，使之解离产出气体；
3）静电斥力，电极表面吸附的气泡表面积累电荷，当静电斥力大于液体表面张力时，气泡体积变大；
4
串联介质中，场强的分布与介质的介电常数成反比-局放-热-体积膨胀-气体小桥
3.非纯净液体电介质的小桥击穿理论
液体中的杂质在电场力的作用下，在电场方向定向，并逐渐沿电力线方向排列成杂质的“小桥
水分及纤维等的电导大，引起泄漏电流增大、发热增多，促使水分汽化、气泡扩大
液体电介质最后在气体通道中发生击穿
影响液体电介质击穿电压的因素
用标准油杯来检查油的质量
平板电极间电场均匀，油中稍有含水、含杂，含气等击穿电压就明显下降
规程规定用来灌注高压电力变压器等的变压器油，在此油杯中的工频击穿电压要求在25 40kV以上(与设备的额定电压有关)；灌注高压电缆和电容器的用油，在油杯中的击穿电压常要求在50或 60kV以上
提高液体电介质击穿电压的方法
1 提高并保持油的品质
2 绝缘覆盖层：
小于1毫米—阻止小桥直接接通电极—电流小
3 绝缘层：
几十毫米—曲率大的电极—阻止强场区产生—不电晕4 屏障：
阻止小桥连通
阻挡电极电离的电子—均匀电场。
