電氣擊穿強度試驗儀/高壓擊穿/擊穿場強

電氣擊穿強度試驗儀/高壓擊穿/擊穿場強

介電強度試驗電氣可靠性

電力系統及電氣設備的穩定與可靠性在很大程 度上取決于其絕緣，隨著電力系統額定電壓的提高， 對系統供電可靠性的要求也愈高，系統絕緣在高場 強下正常工作是非常重要的。 中壓電力電纜作為電 力系統中的電氣設備之一，其損壞的大部分原因是 絕緣層擊穿，如常見的熱擊穿、電擊穿和局部放電引 起的擊穿等。 而選擇電氣穩定性可靠的優質絕緣材 料是解決方案之一。

擊穿是絕緣材料的基本電性能之一，它決定了 絕緣材料在電場作用下保持絕緣性能的極限能力。 與電纜不同，絕緣材料通常只考慮電擊穿。 在較低 溫度下，采用消除邊緣效應的電極裝置等嚴格控制 條件下得到的電擊穿場強，稱為介電強度 。 介電強度僅與材料的化學組成及性質有關，是材料的特 性參數之一，反映了絕緣材料耐受電場作用能力的 最大限度，因此可以選擇介電強度作為評價交聯聚 乙烯（XLPE）絕緣料電氣可靠性的試驗參數。

1 樣品選擇

XLPE 絕緣料的耐溫等級通常為 90℃ ，電性能 和機械性能優異。 對于沒有柔軟要求的中壓電纜， 絕緣主要采用 XLPE 料。 行業標準 JB ／ T 10437— 2004規定了 35 kV 及以下的 XLPE 絕緣料的型式 試驗要求。

35 kV 及以下的交聯電纜絕緣料已全實現國 產化，但是業內實際使用的絕緣料有相當一部分仍 采用進口的優質料。 為了選取有行業代表性的樣 品，作者采用來自 6 個不同的生產廠家的 10 kV 及 以下化學交聯聚乙烯絕緣料（YJ-10）。 按行業內口 碑分為進口優質 YJ-

10 料兩家（A1，A2），國產優質 YJ-10 料兩家 （ B1， B2）， 國產廉價 YJ-10 料 兩 家 （C1，C2）。 對 6 個樣品按 JB ／ T 10437—2004 標準 進行了型式試驗，結果都符合標準要求。

2 試驗程序

絕 緣 材 料 的 介 電 強 度 試 驗 通 常 按 GB ／ T 1408. 1—2016《絕緣材料電氣強度試驗方法 第 1 部 分：工頻下的試驗》 ［3］ 進行。 此標準規定了使用變 壓器油作為媒質時測試絕緣材料短時介電強度的試 驗方法。 例行的質量控制試驗通常取 5 次試驗的中 值作為介電強度的試驗結果。 然而盡管介電強度是 絕緣材料的特性參數，但試驗數據總帶有一定的隨 機性和分散性，進行電氣可靠性研究時，確定最小樣 本容量以及對試驗結果的分析評定應當用統計學的 方法進行。

同型 式 試 驗 的 要 求 一 致， 本 試 驗 按 GB ／ T 1408. 1—2016 在室溫下進行，采用厚度（1±0. 1）mm 的已交聯試片，垂直放置的上下等直徑 25 mm 圓柱 電極，周圍媒質選擇新鮮的變壓器油，連續升壓速率 為 2 000 V／ s。 按大樣本里面最小樣品數量，試驗 擊穿點選擇 60～70 個之間。 得到了 6 個 YJ-10 絕緣 料的介電強度試驗結果。

3 估計 Weibull 分布參數

Weibull 分 布 是 瑞 典 科 學 家 Weibull （ W. Weibull）1951 年在分析材料強度及鏈條強度時推導 出的一種分布函數。 由于 Weibull 分布對于各種 類型的試驗數據擬合能力很強，例如指數分布只能 適用于偶然失效期，而 Weibull 分布對于浴盆曲線 的三個失效期都能適用，適用性廣、覆蓋性強。 在疲 勞可靠性分析方面有著廣泛應用。

Weibull 分布具有三個分布參數，通過三個分 布參數的不同組合，可以得到各種形狀的曲線，能 描述各種不同的分布類型。 如形狀參數 α＜ 1 時， Weibull 分布可描述伽瑪分布；當 α ＝ 1 時，可描述 指數分布；當 α ＝ 2 時，可描述瑞利（ Rayleigh） 分 布；當 α ＝ 3. 6 時，Weibull 分布的概率密度函數是 嚴格的對稱圖形，可描述正態分布曲線。 因此一 般認為大多數隨機變量或實驗統計數據都服從 Weibull 分布。

Weibull 分布在描述失效模式方面具有更大的 靈活性，形狀參數 α 可給出失效機理［7］ 。 當形狀參 數 α＜1 時，產品的失效率隨時間逐漸減小，為早期 失效；當 α＝ 1 時，產品的失效率不隨時間變化，等于 常數，為偶然失效；當 α＞1 時，產品的失效率隨時間 逐

漸增大，為耗損失效。 其中當 1. 0＜α＜4. 0 時，失 效原因可描述為侵蝕失效或大多數樣品失效；α ＞ 4. 0 時，為快速耗損失效，可懷疑材料存在固有屬性 限制、宏觀制造過程缺陷、制造過程和／ 或材料中的 微小易變性等問題。 在設計壽命期如果出現大的 α 值應給予重視，因為它表示此時整個系統存在全 失效的風險。

絕緣材料的電擊穿可看做電應力集中源導致的 材料疲勞失效，實驗數據總帶有一定的隨機性和分 散性。 經過多次的實驗研究認為，絕緣材料的電擊 穿用 Weibull 分布規律來描述是比較合適的。

若電場強度 E 是一個非負的隨機變量，F（E）為 單位體積絕緣材料在電場強度升到 E 時發生擊穿 的概率［2］ ，則電場強度升到 E 時不發生擊穿的概率 為 1－ F（E），記作 P（E）＝ 1－ F（E）。 F（E）和 P（E） 用三參數 Weibull 分布函數表示為

函數 F（E） 對 E 的變化率 f（E），稱為 Weibull 分布概率密度，其表達式為

式中：α 為形狀參數，或 Weibull 斜率；E0 為位置參 數；β 為比例參數，或尺度參數。

參數 α 和 β 表示 Weibull 分布的分布特征。 α 為形狀參數，決定了分布曲線的形狀，α 又被稱為 Weibull 斜率，是材料內在的表征參數，與材料的質 量有關，可以描述產品的失效機理，表征材料性能， 描述試驗材料的性能優劣。 參數 β 不能改變曲線的 變化趨勢，但能使曲線的“跨度” 改變，因此決定了 分布的比例或者說尺度，稱為比例參數或尺度參數。 E0 取不同數值，f（E） 曲線的形狀不會改變，僅位置 在平移，故 E0 稱為位置參數。 E0 是擊穿的閾值，是 材料的最小壽命，表示電場強度升到 E0 之前，絕緣 材料不會擊穿，由于絕緣材料的擊穿機理為最小值 失效，所以 E0 值應超過“安全裕度×設計壽命”。

三參數 Weibull 分布的參數估計比較復雜，大 多數估計方法都需要編程計算。 本試驗采用了 EXCEL 估計 Weibull 分布參數的方法［8］ ，失效概率采 用中位秩算法，先給出用相關系數優化法求解三參 數 Weibull 分布位置參數的公式，再將該公式利用 MS EXCEL 中的規劃求解功能進行求解，求得位置 參數 E0 ，同時利用圖表功能求解了形狀參數 α 和尺 度參數 β。

4 解析試驗結果———Weibull 分布圖形

根據表 2 的參數得到了 6 個 YJ-10 絕緣料的 Weibull 分布可靠性概率圖（見圖 1）、Weibull 分布 失效概率圖（見圖 2）和 Weibull 分布失效概率密度 函數圖（見圖 3）。 圖 1 中所有絕緣材料的數據點均 擬合成一條由上向下，從右側漸近于橫軸的光滑曲 線，它們與橫軸交點的可靠性為 0，即全失效時的 介電強度值 Ef。 圖 2 中所有絕緣材料的數據點均 擬合成一條由下向上，從左側漸近于橫軸的光滑曲 線，它們與橫軸交點的可靠性為 100％，即失效性為 0 時的介電強度值 E0 。 圖 3 中所有絕緣材料的數據 點均擬合成或肥頭或肥尾的光滑單峰曲線，這些曲 線近似對稱分布，從左右兩側漸近于橫軸，它們與橫 軸的左側交點就是 E0 值，右側交點就是 Ef 值。

5 解析試驗結果

5. 1 形狀參數 α

由表 2 可知，6 個 YJ-10 絕緣料 Weibull 分布的 形狀參數 α 在 2～10 之間，從 A1 到 C2 依次遞增，最 小 2. 14，最大 8. 97。 不同的形狀參數 α，不僅描述 了絕緣料的不同 Weibull 分布曲線形狀，也可分析描述絕緣料失效機理的不同，由此可以區分絕緣料 介電強度性能的優劣。

不同的形狀參數 α，使得 6 個絕緣料呈現出不 同的 Weibull 分布曲線形狀，將圖 3 中 6 個 YJ-10 絕 緣料的 Weibull 分布失效概率密

度曲線圖以 A1 的 介電強度峰值 EW中為基準移動，則得到圖 4 中峰頂 值重合的 6 條曲線。 可以看出 2≤α≤3 的 A1、A2 和 B1 絕緣料的 Weibull 分布曲線呈峰值偏左的單 峰肥尾形，α 為 4. 56 的 B2 絕緣料的 Weibull 分布曲 線呈近似對稱分布，而 6≤α≤9 的 C1 和 C2 絕緣料 的 Weibull 分布曲線呈峰值偏右的單峰肥頭形。 這 些不同的曲線形狀，體現了介電強度分布的概率密 度區域不同。

不同的形狀參數 α，也可分析描述絕緣料失效 機理的不同。 由于 6 個絕緣料的 α＞1，絕緣料的介 電強度失效均可描述為耗損失效，這與實際情況相 符。 其中 A1、A2 和 B1 絕緣料的 1. 0＜α＜4. 0，失效 原因可描述為侵蝕失效或大多數樣品失效，意即失 效是擊穿電壓侵蝕外因引起的大多數樣品失效。 B2、C1 和 C2 的 α＞4. 0，除了描述失效原因是耗損失 效外，還暗示為快速耗損失效，可懷疑材料存在固有 屬性限制、宏觀制造過程、制造過程和／ 或材料中的 微小易變性等問題。 在設計壽命期如果出現大的 α 值應給予重視，因為它表示此時整個系統存在全 失效的風險。

因此，給出了介電強度 Weibull 分布的形狀參數 α，就確定了 Weibull 分布曲線形狀，也就確定了介電 強度分布的概率密度區域。 形狀參數 α 的大小描述 了樣品的失效機理，即絕緣料介電強度失效為損耗失 效。 其中，1. 0＜α＜4. 0 的 A1、A2 和 B1 絕緣料的介電 強度失效為大多數樣品失效，而 α＞4. 0 的 B2、C1 和 C2 絕緣料的介電強度失效就暗示了是由材料綜合性 能較差引起的快速耗損失效，需要給予重視，看其是 否會增大整個系統全失效的風險。 由此可以得出 結論，相對于 A1、A2 和 B1，絕緣料 B2、C1 和 C2 的介 電強度失效機理更多是由材料較劣質引起的。5. 2 尺度參數 β

由表 2 和圖 4 可知，6 個 YJ-10 絕緣料 Weibull 分布的尺度參數 β 在 10～40 之間，從 A1 到 C2 依次 遞增，最小 11. 52，最大 36. 16。 一般來說，尺度參數 β 不能改變 Weibull 分布的形狀，只能影響曲線的尺 度，β 越大，曲線越平坦。 從圖 4 可見，6 個 YJ-10 絕 緣料的 Weibull 分布失效概率曲線的寬度隨 β 的增 大而增大，但曲線的高度并未單純隨 β 的增大而降 低。 仔細觀察圖 4 中曲線的形狀，可以發現峰的高 度和曲線的寬度與 β ／ α 比值有關（見表 3）。 β ／ α 比 值較小的 B1 和 C2 峰最高最窄，β ／ a 比值最大的 C1 峰低最寬。 這說明，在形狀參數 α 不變的情況 下，

尺度參數 β 僅能影響曲線的尺度，而對不同樣品 的 Weibull 分布來說，形狀參數 α 和尺度參數 β 共 同影響了曲線的分布。 而一旦形狀參數 α 確定，分 布的寬度越小，說明 Weibull 分布失效概率區域越 集中，這時就希望有較小的尺度參數 β。5. 3 位置參數 E₀

6 個 YJ-10 絕緣料的位置參數 E0 ，也即擊穿電 場強度的最小閾值，有 4 個分布在 30 ～ 40 kV／ mm 之間，有 2 個分布在 14 ～ 16 kV／ mm 之間。 如果行 業各方能確定中壓電纜絕緣料 YJ-10 的低工頻電 壓破壞強度 EL（ac） ，譬如，JB ／ T 10437—2004 標準中 介電強度要求不小于 25 MV／ m， GB ／ T 1408. 1— 2006 標準中要求任何一次試驗結果不能偏離中值 15％以上。 如果某 YJ-10 絕緣料的介電強度中值為 25 MV／ m，則試驗結果中最小值應不小于 25 ×（1 － 15％） ＝ 21. 25 MV／ m。 如果將 21. 25 MV／ m 作為 YJ-10 絕緣料的低工頻電壓破壞強度 EL（ac） ，那么 EL（ac）應該為最小閾值 E0 的下限值，則有 E0≥21. 25 MV／ m，那么 6 個 YJ-10 絕緣料中只有 A1、A2、B1 和 B2 滿足要求，而 C1 和 C2 不滿足要求。 當然此處 的 21. 25 MV／ m 僅為舉例，實際使用中最小閾值 E0 的下限值 EL（ac）應由行業各方共同確定。

由于電纜擊穿模式是最薄弱環節失效，不管所 用絕緣料介電強度的中值或平均值是多少，擊穿發 生時的介電強度值總是該絕緣料的最小介電強度 值。 從這個意義上講，電纜的電氣可靠性評估與絕 緣料 Weibull 分布參數中介電強度最小閾值 E0 的 大小密切相關。 由圖 1 也可以看到， A1 和 A2、B1 和 B2 與 C1 和 C2 絕緣料電氣可靠性概率為 100％ （失效概率為 0％） 時對應的介電強度是依次遞減 的，如果相應的介電強度遞減到最小閾值 E0 以下， 則可判定該絕緣料電氣可靠性較差。 由此，可用最 小閾值 E0 評估 YJ-10 絕緣料在電氣可靠性方面的 優劣。

6 描述絕緣料介電強度試驗的參數

根據估計的分布參數，得到 6 個 YJ-10 絕緣料 介電強度試驗的 Weibull 分布可靠性概率曲線圖 （圖 1）、 Weibull 分布失效概率曲線圖 （ 圖 2） 和 Weibull 分布失效概率密度曲線圖（圖 3）。 從圖中 可見，6 個 YJ-10 絕緣料的 Weibull 分布可靠性概率 是隨著電壓升高遞減的，同時失效概率是隨著電壓 升高遞增的。 這與絕緣料實際失效情況是吻合的， 說明絕緣材料介電強度實驗統計數據服從 Weibull 分布，絕緣材料的電擊穿用 Weibull 分布規律來描 述是比較合適的。

圖 3 中的 6 條曲線，根據自身的形狀參數 α、尺 度參數 β、位置參數 E0 ，呈現出以各自峰值 EW峰為峰 頂的單峰形狀。 由于 EW

峰 值不同，6 條曲線幾乎都 不全重疊。 其中以 B1 的 EW峰 值最小，所以 B1 曲線在圖 3 中 6 條曲線的最左邊，其失效概率密度的 分布區域 E 值總體最小，而 B2、C1 和 C2 由于峰值 EW峰較大，其曲線在圖 3 中 6 條曲線的最右邊，相對 而言，盡管其形狀參數 α 和尺度參數 β 較大、位置參 數 E0 較小，其失效概率密度的分布區域 E 值總體 并不小。 也就是說僅用 EW峰值來表述 YJ-10 絕緣料 的介電強度試驗是不完整的，但如果忽略掉參數 EW峰值，僅用 Weibull 分布的三參數來表述也是有失 偏頗的。 因此我們建議用 Weibull 分布的三參數形 狀參數 α、尺度參數 β、位置參數 E0 和峰值 EW峰共同 描述絕緣料的介電強度試驗比較合適。

7 結 論

試驗所用的樣品很有代表性，基本上覆蓋了業 內絕緣料的質量分布區間。 樣品分別來自 6 個不同的生產廠家，進口優質料有兩家，國產優質料 有兩家，國產廉價料有兩家。 其中，進口優質料和國 產廉價料購自市場，國產優質料由筆者在生產現場 監制并封樣。 這些樣品采用介電強度試驗 Weibull 分布參數評估的電氣可靠性優劣情況與業內實際使 用情況相符。 因此， “采用介電強度試驗 Weibull 分 布參數評估絕緣料電氣可靠性的方法”能夠 反映當前國內的實際情況，研究結果具有代表性。 對 6 個絕緣料的型式試驗結果和 Weibull 分 布的參數和圖形進行了分析，得出了以下分析結論：

（1） 6 個 YJ-10 絕緣料型式試驗的結果都符合 JB ／ T 10437—2004 標準要求。

（2） 從 6 個 YJ-10 絕緣料介電強度的 Weibull 分布圖中可見，6 個 YJ-10 絕緣料的 Weibull 分布可 靠性概率是隨著電壓升高遞減的，同時失效概率是 隨著電壓升高遞增的。 這與絕緣料實際失效情況是 吻合的，說明絕緣材料介電強度實驗統計數據服從 Weibull 分布，絕緣材料的電擊穿用 Weibull 分布規 律來描述是比較合適的。

（3） 6 個 YJ-10 絕緣料介電強度的 Weibull 分 布形狀參數 α＞1，說明 6 個 YJ-10 絕緣料介電強度 失效為損耗失效。 其中，1. 0 ＜α＜ 4. 0 的 A1、A2 和 B1 絕緣料的介電強度失效為大多數樣品失效，而 α＞4. 0 的 B2、C1 和 C2 的絕緣料介電強度失效就暗 示了是由材料綜合性能較差引起的快速耗損失效， 需要重視其是否會增大整個系統全失效的風險。 由此可以得出結論，相對于 A1、A2 和 B1，絕緣料 B2、C1 和 C2 的介電強度失效機理更多是由材料較 劣質引起的。

（4） 形狀參數 α 不變的情況下，尺度參數 β 僅能影響曲線的尺度，而對不同樣品的 Weibull 分布 來說，形狀參數 α 和尺度參數 β 共同影響了曲線的 分布。 而一旦形狀參數 α 確定，分布的寬度越小， 說明 Weibull 分布失效概率區域越集中，這時就希 望有較小的尺度參數 β。

（5） 由于電纜擊穿模式是最薄弱環節失效，不 管所用絕緣料介電強度的中值或平均值是多少，擊 穿發生時的介電強度值總是該絕緣料

的最小介電強 度值。 從這個意義上講，電纜的電氣可靠性評估與 絕緣料的 Weibull 分布參數中介電強度最小閾值 E0 的大小密切相關。 由圖 1 也可見， A1 和 A2、B1 和 B2 與 C1 和 C2 絕緣料電氣可靠性概率為 100％（失 效概率為 0％）時對應的介電強度是依次遞減的，若 相應的介電強度遞減到最小閾值 E0 以下，則可判定 該絕緣料電氣可靠性較差。 由此，可用最小閾值 E0 評估 YJ-10 絕緣料在電氣可靠性方面的優劣。

（6） 用 Weibull 分布的三參數即形狀參數 α、尺 度參數 β、位置參數 E0 和峰值 EW峰 共同描述 YJ-10 絕緣料的介電強度試驗是合適的。

以上分析表明，我們得到了一種快速檢測 YJ10 絕緣料電氣可靠性的方法，可用以下程序按此方 法評估和鑒別原材料優劣：對目標 YJ-10 絕緣料進 行介電強度試驗，應用 Weibull 分布對試驗數據進 行擬合計算，得到 Weibull 分布的三參數即形狀參 數 α、尺度參數 β、位置參數 E0 和 Weibull 分布的介 電強度峰值 EW峰。 期望的較優質中壓電纜 YJ-10 絕 緣料介電強度試驗參數應滿足如下要求：

（1） 形狀參數 α 在 1. 0＜α＜4. 0 區間內；

（2） 尺度參數 β 較小（本次 6 個樣品 β 的中間 值為 16，平均值為 21）；

（3） 位置參數 E0 應大于限定值，該限定值應為 低工頻電壓破壞強度 EL（ac）（按 JB ／ T 10437—2004 標準 EL（ac） 可為 21. 25 MV／ m，作為參考，電線電纜 手冊（第一冊 2008 版） 表 3-3-10 列出了額定電壓 66～500 kV 交聯聚乙烯電纜通過 Weibull 曲線求出 的 EL（ac） ）；

（4） 介電強度峰值 EW峰 大于限定值（本次 6 個 樣品 Weibull 分布的平均值 EW平為 47. 4 MV／ m）。

電氣擊穿強度試驗儀/高壓擊穿/擊穿場強主要技術指標：

電擊穿：

電擊穿是指固體介質在強電場的作用下，內部少量可自由移動的載流子劇烈運動，與晶格上的原子發生碰撞使之游離，并迅速擴展而導致擊穿。特點是：電壓作用時間短，擊穿電壓高，與電場均勻度密切相關，但與環境溫度及電壓作用時間幾乎無關。

簡介：

固體電介質的純粹電破壞過程稱為電擊穿。電擊穿是因為固體電介質中的自由電子在強電場中作加速運動，累積較大的動能，這些動能足以破壞介質的分子結構，發生碰撞游離的連鎖反應時，會在電介質中產生貫穿的導電通道，而使固體介質喪失絕緣性能，導致電擊穿。

電擊穿的特點是：電壓作用時間短，擊穿場強與電場均勻程度有密切關系，與周圍環境溫度幾乎無關。

擊穿形式：

固體電介質的擊穿過程及其擊穿電壓的大小不但取決于電介質的性能，而且還與電場分布、周同溫度、散熱條件、周同介質的性質有關、加壓速度和電壓作用的持續性等有關。固體電介質根據其擊穿發展的過程小同，可分為電擊穿、熱擊穿和電化學擊穿二種形式。發生哪種擊穿形式，取決于介質的性能和工作條件。

擊穿機制：

在強電場下，固體導帶中可能因冷發射或熱發射存在一些電子。這些電子一方面在外電場作用下被加速，獲得動能；另一方面與晶格振動相互作用，把電場能量傳遞給晶格。當兩個過程在一定的溫度和場強下平衡，固體介質有穩定的電導：當電子從電場中得到的能量大于傳遞給品格振動的能量時，電子的動能就越來越大，至電子能量大到一定值時，電子與晶格振動的相互作用導致電離產生新電子，使自由電子數迅速增加，電導進入不穩定階段，擊穿發生。

本征電擊穿機制

實驗上，本征電擊穿表現的擊穿主要是由所加電場決定的，在所使用的電場條件下，使電子溫度達到擊穿的臨界水平。觀察發現，本征擊穿發生在室溫或室溫以下。發生的時間間隔很短，在微秒或微秒以下。本征擊穿所以稱之為“本征”，是因為這種擊穿機制與樣品或電極幾何形狀無關，或者與所加電場的波形無關。因此在給定溫度下，產生本征擊穿的電場值僅與材料有關。

這種擊穿與介質中的自由電子有關。介質中自由電子的來源為雜質或缺陷能級、價帶。

雪崩式電擊穿機制

熱擊穿機制對于許多陶瓷材料是適用的。如果材料尺寸可看成是薄膜時，則雪崩式擊穿機制更為有效。

雪崩式電擊穿機制是把本征電擊穿機制和熱擊穿機制結合起來。因為當電子的分布不穩定時，必然產生熱的結果。因此，這種理論是用本征電擊穿理論描述電子行為，而擊穿的判據采用的是熱擊穿性質。

雪崩式理論認為：電荷是逐漸或者相繼積聚，而不是電導率的突然改變，盡管電荷集聚在很短時間內發生。

雪崩式電擊穿最初的機制是場發射或離子碰撞。場發射假設由隧道效應來自價帶的電子進入缺陷能級或進入導帶，導致傳導電子密度增加。

局部放電擊穿

局部放電就是在電場作用下，在電介質局部區域中所發生的放電現象，這種放電沒有電極之間形成貫穿的通道，整個試樣并沒有被擊穿。例如氣體的電暈放電、液體中的氣泡放電都是局部放電。對于固體電介質來說，電極與介質之間常常存在著一層環境媒質：氣隙或油膜。就固體電介質本身來說，實際上也是不均勻的，往往存在著氣泡、液珠或其他雜質和不均勻的組分等。例如陶瓷就是一種多孔性的不均勻材料。由于氣體和液體介電常數較小，因此承受的電場強度較高。同

時氣體和液體的擊穿電場強度又比較低，于是當外施電壓達到一定數值時，在這薄弱的區域，就發生局部放電。

局部放電是脈沖性的，其過程與電暈放電相同。放電結果產生大量的正、負離子，形成空間電荷，建立反電場，使氣隙中的總電場強度下降，放電熄滅。這樣的放電持續時間很短，為10-8～10-9s。在直流電壓作用時，放電熄滅后直到空間電荷通過表面泄漏，使反電場削弱到一定程度，才能開始第二次放電。因此在直流電壓作用下，放電次數甚少。在交流電壓作用時，情況就有所不同。由于電壓的大小與方向是變動的，放電將反復出現，以上表明局部放電是脈沖性的。

工程介質，從材料本身來說，其本征擊穿電場強度一般較高，但由于介質的不均勻性和各種影響，實際擊穿強度往往并不很高，有時甚至要降低一、二個數量級，其中重要原因之一就是局部放電。

熱擊穿的特點是：擊穿電壓隨溫度的升高而下降，擊穿電壓與散熱條件有關，如電介質厚度大，則散熱困難，因此擊穿電壓并不隨電介質厚度成正比增加；當外施電壓頻率增高時，擊穿電壓將下降。

電化學擊穿

固體電介質受到電、熱、化學和機械力的長期作用時，其物理和化學性能會發生不可逆的老化，擊穿電壓逐漸下降，長時間擊穿電壓常常只有短時擊穿電壓的幾分之一，這種絕緣擊穿成為電化學擊穿。

液體電介質

純凈液體電介質與含雜質的工程液體電介質的擊穿機理不同。對前者主要有電擊穿理論和氣泡擊穿理論，對后者有氣體橋擊穿理論。沿液體和固體電介質分界面的放電現象稱為液體電介質中的沿面放電。這種放電不僅使液體變質，而且放電產生的熱作用和劇烈的壓力變化可能使固體介質內產生氣泡。經多次作用會使固體介質出現分層、開裂現象，放電有可能在固體介質內發展，絕緣結構的擊穿電壓因此下降。脈沖電壓下液體電介質擊穿時，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。

氣體電介質

在電場作用下氣體分子發生碰撞電離而導致電極間的貫穿性放電。其影響因素很多，主要有作用電壓、電板形狀、氣體的性質及狀態等。氣體介質擊穿常見的有直流電壓擊穿、工頻電壓擊穿、高氣壓電擊穿、沖擊電壓擊穿、高真空電擊穿、負電性氣體擊穿等。空氣是很好的氣體絕緣材料，電離場強和擊穿場強高，擊穿后能迅速恢復絕緣性能，且不燃、不爆、不老化、無腐蝕性，因而得到廣泛應用。為提供高電壓輸電線或變電所的空氣間隙距離的設計依據（高壓輸電線應離地面多高等），需進行長空氣間隙的工頻擊穿試驗。