16 电介质的基本特性及放电理论

电介质世界：探索其基本特性和放电奥秘

电介质，作为绝缘材料的基石，分为非极性、极性和离子性三大类别。它们在我们日常生活中扮演着关键角色，如气体、液体和固体，它们在弱电场下展现出极化现象，同时电导和损耗（主要由电导损耗和极化损耗）悄然而至。当电场强度增强，电介质则揭示出放电、闪络和击穿的秘密，如气体中的击穿电压与场强的定义，以及气体放电的复杂过程。

电介质的电导特性是绝缘性能的重要衡量标准，温度、湿度和直流电压下的电导率变化影响着绝缘的稳定性。绝缘水平通过出厂试验电压得以确定。在交流电的作用下，极化和损耗尤为显著，电导与极化效应在交流电中尤为明显，而高压下，电离损耗会逐渐增加。

气体中的带电粒子，如电子，通过电离过程产生和消失，其运动路径包括电离、复合、表面发射等。电离是通过碰撞、光电、热电和表面效应进行的。去电离则涉及带电粒子的消失或电离活性的减弱，表现为定向运动、扩散、复合和吸附等现象。在均匀电场中，气体击穿理论分为自持与非自持放电，如辉光、电晕、火花和电弧放电，汤逊理论和流注理论分别在不同条件下揭示了放电机制的差异。

当施加的电压超过击穿电压，阳极与阴极间的电子崩开始反向发展，而阴极流注在高电压下则形成从阴极到阳极的通道。流注理论解释了高气压长间隙放电过程中的电流形成和放电时间缩短，尤其是对空间光电离在放电过程中的关键作用。

电晕放电是不均匀电场中的自持现象，导线参数、环境因素对起晕电压产生影响。电晕不仅导致损耗和电磁干扰，还可通过改进导线设计和空间电荷分布来减小其影响。电晕现象在静电除尘和喷涂等应用中发挥着作用，而极性效应在棒-板间隙中的电晕特性尤为显著。

从长间隙放电的三个阶段——电晕、先导和主放电，我们可以看到热电离过程如何引发放电。电极设计、电场均匀性和电介质选择对提高电气强度至关重要。例如，SF6气体因其高介电强度和无色透明，被广泛应用在断路器和GIS设备中，但其温室效应不可忽视。

电介质老化，无论是固体还是液体，都受到物理、化学和生物因素的影响。电击穿、热击穿和电化学击穿是固体电介质的三种击穿类型，而电介质的维护和保护则需要关注电场分布、温度控制和杂质减少等方面。

总的来说，电介质的特性及其放电理论是一个既复杂又充满挑战的领域，不断的研究与创新为电力系统的安全和高效运行提供了关键支持。