絕緣紙作為電力變壓器、電機等電氣設備中不可或缺的固體絕緣材料，其性能的穩定性直接關系到整個設備的安全運行和壽命。然而，在長期復雜的運行環境中，絕緣紙會不可避免地發生老化，甚至出現擊穿故障。深入分析其背后的原因，對于預防故障、延長設備壽命至關重要。

絕緣紙的失效主要表現為兩種形式：擊穿（Breakdown）和老化（Aging）。擊穿是瞬時發生的電氣性能喪失，而老化是一個長期的、累積性的性能退化過程，但老化會顯著降低其絕緣強度，最終可能導致擊穿。

一、導致絕緣紙發生擊穿的主要原因

擊穿是指絕緣紙在強電場作用下，完全失去絕緣性能而形成導電通道的現象。其主要原因包括：

1.電應力過載（Electrical Overstress）

?過電壓沖擊:雷電沖擊或操作過電壓會在設備內部產生遠高于設計值的瞬時電場強度。當該電場強度超過絕緣紙的瞬時介電強度時，會直接導致其電離擊穿。

?局部放電（Partial Discharge）:這是最常見且隱蔽的原因。由于制造工藝缺陷、內部存在氣泡、或是長期老化后與導體貼合不緊密，都會在絕緣紙內部或表面形成局部電場集中區。該區域的空氣或油隙首先被電離，產生局部放電。持續的局部放電會不斷侵蝕絕緣紙的纖維素分子鏈，形成碳化通道，最終導致整體擊穿。

2.絕緣缺陷（Insulation Defects）

?表面污染與受潮:絕緣紙表面吸附水分、灰塵、金屬顆粒等污染物后，會顯著降低其表面電阻，在電場作用下容易產生沿面放電，并發展為擊穿。

?機械損傷:在安裝、檢修或運行中因振動、擠壓造成的物理損傷（如劃痕、穿孔、起毛）會使得絕緣紙的有效厚度減小，并在損傷處形成電場畸變，成為擊穿的起始點。

二、導致絕緣紙發生老化的主要原因

老化是一個緩慢的過程，表現為絕緣紙的機械強度下降（變得脆化）、電氣強度降低以及聚合度（DP值）下降。其主要驅動因素可歸結為“熱-氧-水”的協同作用。

1.熱老化（Thermal Aging）

?這是最核心的老化因素。根據Arrhenius反應速率理論，溫度每升高6-10°C，絕緣紙的化學反應速率（即老化速率）約增加一倍。變壓器長期運行在高溫（熱點溫度）下，纖維素分子鏈會因熱振動而發生斷裂，導致聚合度下降，紙張逐漸失去機械強度和韌性。

2.氧化老化（Oxidative Aging）

?氧氣是加速老化的重要推手。在高溫環境下，氧氣會與纖維素分子發生氧化反應，生成羰基、羧基等酸性化合物，進一步催化纖維素鏈的解聚反應。無論是設備中溶解的氧氣還是空氣中的氧氣，都會參與這一過程。

3.水解老化（Hydrolytic Aging）

?水分是纖維素水解反應的直接參與者。水分子的存在會使纖維素分子的糖苷鍵斷裂。設備內部的微量水分主要來源于：紙纖維自身的自然吸濕、絕緣油老化產生的水分、以及通過呼吸作用進入設備的空氣中的濕氣。酸性物質（如絕緣油氧化產生的有機酸）會作為催化劑，極大地加速水解過程。

4.酸催化降解（Acid-Catalyzed Degradation）

?絕緣油在運行中會氧化產生低分子有機酸和少量無機酸。這些酸性物質不僅會腐蝕金屬材料，更能直接滲透到絕緣紙中，催化纖維素的水解和氧化反應，形成惡性循環，急劇加速絕緣紙的老化。

5.機械應力（Mechanical Stress）

?設備運行中的電磁力、振動和短路時產生的巨大電動力，會使絕緣紙受到持續的機械應力。長期作用會導致纖維疲勞、微觀結構變形和開裂，削弱其機械性能。

總結與關聯

實際上，絕緣紙的擊穿與老化并非孤立發生，而是緊密關聯的。老化是擊穿的重要前提：長期的熱-氧-水-酸協同老化會使絕緣紙變得脆弱、產生微觀缺陷，其電氣強度大幅下降，使得在正常的工作電壓或輕微的過電壓下就可能發生擊穿。而局部放電這類可能導致擊穿的現象，其本身也是加速局部老化的重要因素。

因此，在工程實踐中，通過嚴格控制變壓器的運行溫度（負載管理）、保持絕緣油干燥（降低水分含量）、減少氧氣接觸（密封或隔氧保護）、定期監測油中酸值和糠醛含量以及絕緣紙的聚合度，是延緩絕緣紙老化、防止其發生擊穿故障的根本措施。