固体电介质的电气性能
一、电介质：能在其中持久建立静电场的物质。

二、分类：非极性及弱极性电介质、偶极性电介质和离子性电介质。

三、电介质的极化：电子位移化、离子位移化、转向极化、夹层介质界面极化和空间电荷极化。

四、固体介电常数：非极性及弱极性固体电介质（介点常数：2.0~2.7）、偶极性固体电介质（介点常数：
3~6）、离子性电介质（介点常数：5~8）。

五、固体电介质的电导
体积电导
微观上是由电介质或杂质的离子造成电导，宏观上由于纤维材料或多孔性材料易吸水，电阻率较低。

表面电导
干燥清洁的固体介质的表面电导很小，主要是由表面吸附的水分和污物引起的，介质吸附水分的能力与自身结构有关，是介质本身固有的性质。

固体介质可按水滴在介质表面的浸润情况分为憎水性和亲水性两大类，如下图1所示。

如果水滴
的内聚力大于水和介质表面的亲和力，则表现为水滴的接触角大于90。

，
即该固体材料为憎水性材料。

憎水性材料的表面电导小，表面电导受环境湿度的影响较小。

非极性和弱极性介质材料如石蜡、硅橡胶、硅树脂等都属于憎水性材料。

如果水滴的内聚力小于水和介质表面的亲和力，则表现为水滴的接触角小于90。

，即该固体材料为亲水性材料。

亲水性材料的表面电导大，且表面电导受环境湿度的影响大，偶极性和离子性介质材料都属于亲水性材料。

采取使介质表面洁净、干燥或涂敷石蜡、有机硅、绝缘漆等措施，可以降低介质表面电导。

图
1
六、电介质的能量损耗
在交流电压作用下介质的能量损耗除漏导损失，还有极化损失。

图2为介质在交流电压作用下，流过介质的电流U 和I 间的向量图。

由于存在损耗，U 和I 之间的夹角不再是90度，Ic 代表流过介质总
的无功电流，Ir 代表流过介质总的有功电流，Ir 包括了漏导损失和
极化损失。

从直观上看，若Ir 大，则损失大，因此用介质损失角正
切值tan δ代表在交流电压下的损耗。

tanδ= Ir / Ic
漏导电流，又称为泄漏电流，是由介质中自由的或相互联系弱的带电质点在电场作用下运动造成的，随温度上升，电阻率下降。

非极性及弱极性固体电介质、结构较紧密的离子性介质，极化形式主要是电子位移极化和离子位移极化，没有能量损耗，这类介质的损耗主要由漏导决定。

这类介质的tanδ较小，象云母、聚乙烯、硅橡胶等都是这类材料。

偶极性固体介质、结构不紧密的离子性介质，除具有漏导损失外，还有极化损失。

tanδ的意义
1、选择绝缘材料tanδ过大会引起绝缘介质严重发热，甚至导致热击穿。

2、在预防性试验中判断绝缘状况如果绝缘材料受潮或劣化，tanδ将急剧上升，可通过tanδ和
U的关系曲线来判断是否发生局部放电。

七、固体电介质的击穿
电击穿固体电介质中存在的少量传导电子，在电场加速下与晶格结点上的原子碰撞，从而击穿。

特点是电压作用时间短，击穿电压高，击穿电压和介质温度、散热条件、介质厚度、频率等因素都无关，但和电场的均匀程度关系极大。

热击穿由于电介质在电场中会逐渐发热升温，温度的升高又会导致固体电介质电阻的下降，使电流进一步增大，损耗发热也随之增大。

在电介质发热和散热的平衡过程中，如果温度过高，会引起电介质的分解炭化，最终击穿，成为热击穿。

电化学击穿在电场的长时间作用下逐渐使介质的物理、化学性能发生了不可逆的劣化，最终导致击穿，称为电化学击穿或电老化。

电老化的类型有电离性老化、电导性老化和电解性老化。

前两种是在交流电压下产生，后一种主要在直流电压下产生。

有机电介质表面绝缘性能的破坏，还有漏电起痕。

1、电离性老化在介质夹层或介质内部如果存在气隙或气泡，在交变场下气隙或气泡的场强会
比邻近固体介质内的场强大得多，而气体的起始电离场强又比固体介质低得多，所以气隙或气泡内很容易发生电离。

气隙或气泡的电离，造成邻近绝缘物的分解、破坏，并沿电场方向逐渐向绝缘层深处发展，在有机绝缘材料中放电发展通道会呈现树枝状，称为“电树枝”。

2、电导性老化如果在两电极之间的绝缘层中存在液态导电物质（如水），则当该处场强超过某
定值时，该液体会沿电场方向逐渐深入绝缘层中，形成近似树状的痕迹，称为“水树枝”。

产生水树枝的原因是水或其它电解液中的离子在交变电场下反复冲击绝缘物，使其发生疲劳损坏和化学分解。

电解液便随之逐渐渗透、扩散到绝缘深处。

3、电解性老化在直流电压的长期作用下，即使所加电压远低于局部放电的起始电压，由于介
质内部进行着电化学过程，电介质也会逐渐老化，最终导致击穿。

无机绝缘材料在直流电压长期作用下，也存在显著的电解性老化。

4、表面漏电起痕及电蚀损在潮湿、脏污的介质表面会流过泄露电流，在电流密度较大处会先
形成干燥带，电压分布随之不均匀，在干燥带上会分担较高电压，从而会形成放电小火花。

此种放电现象会使绝缘体表面过热，局部炭化、烧蚀，形成漏电痕迹，漏电痕迹的持续发展可能逐渐
形成沿绝缘体表面贯通两端电极的放电通道。

八、影响固体电介质击穿电压的主要因素
1、电压作用时间
电压作用时间越长，击穿电压越低。

当电压作用时间足够长，以致引起热击穿或电老化时，击穿电压急剧下降。

因此在选择绝缘材料、绝缘结构、工作场强等时，一定要注意长期电气强度。

2、温度
环境温度高到一定程度，电击穿转为热击穿，击穿电压大幅度下降。

3、电场均匀程度
在均匀电场中，击穿电压随介质厚度的增加而线性增加，在不均匀电场中，介质厚度越大，电场越不容易均匀，击穿电压不再直线上升。

当介质厚度增加到散热困难出现热击穿时，继续增加介质厚度就没意义。

4、电压种类
冲击击穿电压比工频峰值击穿电压高，直流电压下固体电介质损耗小，直流击穿电压也比工频峰值击穿电压高，高频下局部放电严重，发热也严重，其击穿电压最低。

5、累积效应
固体绝缘的损伤是不可恢复性损伤，因此具有累积效应。

6、受潮
对不易吸潮的材料，受潮后击穿电压下降一半左右，对易吸潮的材料，受潮后击穿电压可能仅剩几百分之一。

7、机械负荷
机械应力可能造成绝缘材料的开裂、松散，使击穿电压下降。