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P52 第二章 电气绝缘基础知识
电气设备的绝缘性能与所使用的绝缘介质性能密切相关。为了正确判断电气设备的绝缘状况，在对电气设备进行绝缘试验时，针对不同的绝缘介质所采用的试验手段也有不同的考虑。因此，电气试验人员必须了解有关电气绝缘的基础知识。本章介绍不同电气介质的绝缘性能及影响介质击穿的有关因素。
第一节 气体介质的绝缘特性 电力系统架空电力线路和电气设备的外绝缘通常采用空气间隙作为绝缘隔离。本节重点介绍空气间隙的击穿机理和影响空气间隙击穿电压的各种因素。除了空气间隙绝缘之外，还有一些特殊气体，例如SF6（六氟化硫）气体。它们作为电气绝缘介质在开关设备中得到广泛使用，因此，对这一类气体的绝缘性能也作相应介绍。 一、空气间隙的击穿机理 1. 电离
如果没有外界影响，在通常情况下，气体是不导电的良好绝缘体。但是，由于受各种因素的影响，气体原子可能会出现电离（也称游离），形成自由电子和正离子，从而在空气中产生少量带电粒子。根据引起电离因素不同，有不同的电离形式。通常分为1碰撞电离、2光电离、3热电离和4表面电离。
碰撞电离——带电质点在强电场作用下高速运动，撞击中性气体分子引起的电离。
光电离——光辐射引起的气体原子的电离称为。
表面电离（或表面发射）——在外界因素作用下，电子可能从电极表面逸出。引起表面发射电子的因素有多种，例如在强电场作用下，可使阴极表面释放出电子；正离子快速运动碰撞阴极表面，也可能使阴极释放出电子；金属表面受到光照射也会放射电子。
热电离——是指气体热状态下引起的电离过程。例如，在高温下，气体质点高速运动，互相碰撞产生碰撞电离。此外，高温气体
的热辐射也能引起光电离。
2. 空气间隙的击穿过程
由于受各种电离因素的影响，空气间隙中会产生少量带电粒子。在电场作用下，这些带电质点沿电场方向运动。如果空气间隙上施加的电压足够高，电场强度足够大，带电粒子的运动速度加快，出现强烈的碰撞电离，形成电子崩。由许多电子崩产生大量正负带电质点形成的游离通道称为“流注”。当流注发展到把空气间隙两极接通时，整个间隙随之击穿。 大量正负带电质点 在电场作用下快速移动 流注 少量带电粒子 碰撞电离 电子崩 （1）碰撞电离。空气间隙中，处于电场中的带电质点，除了经常作不规则的热运动外，还受极间电压电场力的作用，沿电场方向运动，并不断加速积累动能。当所积累的动能达到足够数值，与其他中性气体分子（或原子）发生碰撞时，会使后者失去电子，形成新的自由电子和正离子，这种现象称为“碰撞电离”。
碰撞电离是气体放电过程中产生带电质点的极重要来源。由于正、负离子的质量比电子大得多，受电场作用时，电子的运动速度比正、负离子大得多，因此，在气体放电过程中，碰撞电离主要是由自由电子与气体分子（或原子）相撞而引起的。
（2）电子崩。气体间隙中自由电子在电场力作用下从阴极流向阳极过程中与其他中性分子发生碰撞电离，产生出新的电子。新生电子与原来的初始电子一起向阳极快速运动，也参与碰撞电离。这样，就出现了一个迅猛发展的碰撞电离，如同冰山上的雪崩一样，间隙中的带电质点数目急剧增加，形成所谓“电子崩”。
电子崩的形成及电荷分布如图2－1所示。从图2－1（a）可见，气体中的电子数目由1变为2，又由2变为4，成几何级数急剧增加。从图2－1（b）可见，电子崩中的电荷分布以正离子为主。由于电子的质量轻，运动速度快，绝大多数都集中在电子崩的头部。而正离子由于运动速度比自由电子慢得多，滞留在产生时的位置上，缓慢地向阴极移动。
气体间隙中出现电子崩时，通过间隙的电流随之增加，但此时的放电仍属于非自持放电，间隙尚未击穿。流过间隙的电流虽然有增加，但仍然很小，远小于微安级。
（3）非自持放电和自持放电。气体间隙放电可分为非自持放电和自持放电。必须依靠外界电离因素才能维持的放电称为非自持放电。不需要外界其他电离因素，而仅依靠电场本身的作用就能维持的放电，称为自持放电。
发生自持放电时，气体间隙是否击穿与电场是否均匀有关。在均匀电场中，气体间隙一旦出现自持放电，同时即被击穿。在极不均匀电场中，气体间隙局部达到自持放电时，会出现电晕放电，但间隙并不击穿。必须进一步增高电压，才能使间隙击穿。
（4）流注。所谓“流注”，是指空气间隙中往两极发展的充满正、负带电质点的混合等离子通道。
1）二次电子崩。流注的形成与二次电子崩有关。
如图2－2（a）所示，当空气间隙极间电场足够强时，一个由外界游离因素作用产生的初始电子快速从阴极奔向阳极，途中不断产生碰撞电离，发展成电子崩（初始电子崩）。在图2－2中，初始电子崩的头部靠近正极的地方有几个向外的箭头，这是表示由电子崩头部的大量正离子形成的空间电荷，使附近电场大大增强并严重畸变，电子和正离子强烈复合，并向周围发射大量光子，使附近气体中出现光电离而产生新的电子，称为二次电子。由于受到大量空间正电荷强电场力的吸引，这些由光电离产生的二次电子快速向正电荷区域运动，途中发生碰撞电离，形成新的电子崩，称为二次电子崩。
2）流注的形成。从图2－2（b）、（c）可见，在二次电子崩的头部有大量电子进入初始电子崩的正空间电荷区内，与之混合成为充满正、负带电质点的混合等离子通道，即形成流注。
形成流注的过程是：初始电子崩形成正空间电荷，使原电场加强并发生畸变，正负电荷急剧复合时向周围发射光子，引起光电离，产生二次电子，形成二次电子崩，许多二次电子崩与初始电子崩汇合成流注。