教学内容
第一节气体放电的基本理论
知识要点：气体放电的主要形式及特点、气体中带电质点的产生与消失、低压下均匀电场自持放电理论、流注放电理论、不均匀电场气隙的击穿。
第二节电介质的击穿特性
知识要点：气体、固体、液体电介质的击穿特性、影响电介质击穿特性的因素。
第三节电气设备的试验
知识要点：极化、电导、损耗、破坏性试验、非破坏性试验的基本方法和原理。
教学重点与难点
1．教学重点：气体放电的主要形式及特点、气体中带电质点的产生与消失、低压下均匀电场自持放电理论、流注放电理论、不均匀电场气隙的击穿、气体、固体、液体电介质的击穿特性、影响电介质击穿特性的因素、破坏性试验、非破坏性试验的基本方法和原理。
2．教学难点：气体中带电质点的产生与消失、低压下均匀电场自持放电理论、破坏性试验、非破坏性试验的基本方法和原理。
气体放电是电流在气体中流通的各种形式。
正常状态下的气体是绝缘的，如果其中出现带电质点，就相当于是一个导体，这时在它的两端加上电压，就有电流通过。当电流增大到一定程度时，气体被击穿突变成导体。
我们可以将气体放电大致分为五类：辉光放电、电晕放电、刷状放电、火花放电、电弧放电。
辉光放电：游离态带电质点充满整个电极空间，电流密度较小，呈上升趋势，处于绝缘状态。
电晕放电：高场强附近出现发光薄层，电流小，处于绝缘状态。电晕放电属于不均匀电场局部自持放电，由电离区放电造成。
刷状放电：电晕电极伸出的明亮而细的断续放电通道，电流增大，间隙未被击穿。
火花放电：贯通电极的明亮而细的断续放电通道，间隙间歇被击穿。
电弧放电：贯通电极的明亮而细的持续放电通道，电导很大（电阻小），间隙处于持续短路状态，被完全击穿。
影响气体放电的主要因素有电场和气压，然后我们就可以看到如下的分类。
那么气体的带电质点如何产生和消失呢？我们带着这个问题继续看接下来的内容。
我们称气体产生带电质点的过程为电离。带电质点包括自由电子。
带电质点的产生有四种形式：碰撞电离、光电离、热电离以及表面电离。
碰撞电离：在电场E的作用下，质量为m、电荷为q的带电质点沿着电场方向被加速获得动能 ，经过x距离获得能量qEx，动能和从电场获得的能量相等。气体分子和带电质点碰撞可能电离出电子和正离子。
光电离：气体分子因为光辐射而电离。
热电离：气体分子因为其热状态而电离。
表面电离：在电场作用下，金属表面发射气体中的电子。
表面电离有四种形式：正离子撞击阴极、光电子发射、热电子发射、强电场发射。
带电质点的消失也有四种形式： 带电质点的反向运动、扩散、复合以及吸附效应。
带电质点向原电极定向运动形成回路电流，从而减少气体带电质点数量。
扩散则是带电质点因为热效应从高浓度向低浓度扩散。
复合是指带异号电荷的带电质点传递电荷进行中和。
吸附效应指电子被气体（中性分子或原子）吸附形成负离子，同时放出能量。
介绍完基本概念之后，我们来说说气体放电的理论和定律。
首先是适用于低气压短间隙且处于均匀电场的汤逊放电实验。
外光源照射空气中放置一对电厂均匀的平行板电极，并且施加可调的直流电压，观察回路电流的变化，从而得到电流-电压曲线。
OA段：电流随电压增大而增大。
AB段：电流趋于稳定，外电离（光电离）产生的带电质点全部进入电极，间隙处于绝缘状态。
BC段：电流随电压增大而快速增大，此时出现新的电离因素（碰撞电离）。
U0为自持放电起始电压，自由电子因为电子崩不断增加。
自持放电的意思是气体靠电场本身自行电离，不再需要外电离条件。
电子崩是在电场作用下，自由电子加速后碰撞电离产生一个正离子和两个自由电子，两个自由电子又各自进行碰撞电离，引发雪崩效应。
汤逊放电实验认为单是电子崩并不能发生自持放电，自持放电的条件是在气隙内持续形成电子崩，维持极间电流。二次电子来源于正离子碰撞阴极而从其表面逸出的电子。
流注放电理论（高气压、长间隙、不均匀电场）和汤逊放电实验有着异同点。
相同之处在于它们都认为放电始于自由电子碰撞电离形成电子崩，气体被击穿后是自持放电状态。
不同之处在于：
（1）汤逊实验适用于低气压、短间隙、均匀电场；流注理论适用于高气压、长间隙、不均匀电场。
（2）汤逊实验的电子崩沿电力线发展；流注理论的电子崩发展常会出现曲折分支。
（3）汤逊实验认为碰撞电离是自持放电的主要因素；流注理论认为碰撞电离和光电离是自持放电的主要因素。
总结来说，流注放电理论认为放电也是始于电子崩，电子崩会发展出新的放电区（电离强、发展速度快），而且伴随曲折分支，其中碰撞电离和光电离是形成自持放电的主要因素。
从这一点也可以看出，流注理论电子崩发展比汤逊实验更迅速，因为光子的速度大于电子。
电晕放电是不均匀电场特有的自持放电形式。
极性效应说的是电晕起始电压和击穿电压因为极性（曲率半径较小的电极）的不同而不同。
电晕起始电压：正极性＞负极性
击穿电压：正极性＜负极性
我们可以配合汤逊放电实验的电流-电压曲线图记忆，但不适用于实际。（负正正负）
电介质可以分为气、液、固三态，它们因为分子间隙的大小有所不同。
气体的间隙最大，固体的最小，因此气体最容易被击穿，固体最不容易。
我们首先来分析气体电介质的击穿特性。
气体电介质可以分为稳态电压下的气隙以及雷电冲击电压下的气隙。
稳态电压又可以分为均匀电场和不均匀电场。
不均匀电场气隙的击穿特性可分为直流电压和工频交流电压。
均匀电场的击穿特性是一般极间距离小，因此击穿时间短；场强相等，因此击穿电压分散性小，在直流、工频、冲击电压下都相等；无极性效应。
极不均匀电场气隙的击穿特性不做特别要求。
同一介质在不同均匀度电场中的击穿特性不完全相同。
标准雷电冲击电压波形如下（AB段为波头时间）：
雷电冲击电压下气隙的击穿特性有三类：放电时延、50%冲击击穿电压、伏秒特性。
放电时延（ts）：阴极附近出现引起初始电子崩并导致击穿的有效电子的时间。
50%冲击击穿电压（U50%）：100次中平均击穿50次气隙的施加电压。
伏秒特性（u-t）：通过实验获得，图像保持冲击电压波形不变，连接逐渐提高的冲击电压峰值。
我们用伏秒特性表示气隙的时延现象，下图中呈负指数的曲线为伏秒特性曲线，伏秒特性曲线越高，时延就越高，出现初始电子崩的时间就越长，就越难被击穿。
我们可以应用伏秒特性保护设备。假设S1为100%伏秒特性，S2为0%伏秒特性，伏秒特性越低，放电时延越小，气体越容易被击穿。
即S2以下都被击穿，S1以上都不被击穿，无论如何S2都比S1更容易击穿，因此很好地保护了S1。
记住“谁上谁被保护”。
固体电介质一旦被击穿将无法恢复，因此被称之为非自恢复绝缘。
它的击穿形式有三种：电击穿、热击穿以及电化学击穿。
电击穿和气体的碰撞电离类似，在电场的作用下，引发电子崩，从而破坏固体介质的晶格结构，增大电导，造成击穿。
热击穿是固体介质内热不稳定导致分解、熔化、碳化、烧焦的现象。
电化学击穿时间最长。前期发生累积效应（电击穿和热击穿），后期在介质内部发生化学反应导致电化学击穿。
影响固体电介质击穿电压的因素有六种：电压作用时间、电场均匀程度、温度、受潮（杂质）、体积效应和累积效应。最后两种是固体特有的影响因素。
电压作用时间短，击穿电压大；电场越均匀，击穿电压大；不同介质的击穿电压受温度影响不同；受潮后，击穿电压小；体积大，弱点出现概率大，场强低，击穿电压小；累计局部损伤，击穿电压小。
我们可以一起记忆固体、液体和气体的影响因素。
因为气体和液体的影响因素大致相仿，故书中没有提及气体的相关知识。
液体（气体）击穿电压的影响因素有五种：电压作用时间、电厂均匀程度、温度、水分及其他杂质、压强。
我们可以发现它们的前四种影响因素极为相似。
不论电场均匀与否，随着温度上升，击穿电压稍有下降；极微量的水可溶于油，但是万分之几的含水量会极大降低击穿电压；介质的击穿电压随压强增大而增大。
液体可以分为纯净和工程用（工程用变压器油）。
纯净液体的击穿理论有两种：电子碰撞电离理论（电击穿理论）和气泡击穿理论（热击穿）。前者就不做赘述了，忘记的同学可以翻翻前面的内容。
纯净液体不是真正意义上的纯液体，里面依然含有杂质（气体）。气泡是由电极局部电场的电晕放电加热汽化，或者碰撞电离分解介质而产生。气体的击穿场强低于液体，因此气泡先电离。气泡电离后发热膨胀，产生的带电质点碰撞油分子，继续形成气泡，扩大气体通道，排列成连通两电极的“小桥”。
工程用变压器油的击穿过程和气泡击穿理论类似，都是形成“小桥”导致击穿。
电介质的基本电气特性有三种：极化、电导、损耗。
电介质的极化是在电场的作用下，束缚电荷相应电场方向产生弹性位移和偶极子取向的现象。
电介质的极化可以分为四类：电子式极化、离子式极化、偶极子极化以及夹层介质界面极化。
电介质的电导主要是离子电导。
电介质的损耗是在电压作用下有能量损耗。
电气设备绝缘特性试验，即高压试验可以分为两大类：破坏性试验（耐性试验）和非破坏性试验（特性试验）。前者是最直接有效的方法。
破坏性试验如工频耐压试验和冲击高压试验，非破坏性试验如测量绝缘电阻和介质损耗因素（tanδ）。
工频耐压试验需要注意：
（1）避免出现过电压；
（2）试验电压的波形畸变；
（3）外施电压和感应高压试验。
