[科普中国]-液体电介质击穿

液体电介质击穿对纯净液体电介质，有两种阐述击穿过程的理论，液体电介质的分子因电子碰撞而电离是电击穿理论的基础，纯净的液体电介质中总会存在一些离子，它们或由液体分子受自然界中射线的电离作用而产生。

工作原理在足够强的电场作用下，液体电介质失去绝缘能力而由绝缘状态突变为良导电状态。纯净液体电介质与含杂质工程液体电介质的击穿机理不同。对纯净液体电介质，有两种阐述击穿过程的理论──电击穿理论和气泡击穿理论；对工程液体电介质的击穿过程可用气体桥理论解释。沿着液体和固体电介质分界面的放电现象称为液体电介质中的沿面放电，它具有自己的规律性。脉冲电压下液体电介质击穿时，常出现强力气体冲击波（即电水锤），可用于水下探矿、桥墩探伤及人体内脏结石的体外破碎等。1

类型电击穿液体电介质的分子因电子碰撞而电离是电击穿理论的基础。纯净的液体电介质中总会存在一些离子，它们或由液体分子受自然界中射线的电离作用而产生，或由液体中微量杂质受电场的解离作用而产生。对纯净的液体电介质施加电压，液体中的离子在电场作用下运动而形成电流。电场较弱时，随电压的上升，电流呈线性增加。当电场逐渐增强时，由于越来越多的离子已参与了导电，随着电压的进一步升高，电流呈现出不十分明显的饱和趋向。此时液体电介质中虽有电流流过，但数值甚微，液体仍具有较高的电阻率。当电场强度超过1MV/cm时，液体电介质中原有的少量自由电子，以及因场致发射或因强电场作用增强了的热电子发射而脱离阴极的电子，在电场作用下运动、加速、积累能量、碰撞液体分子，而且以一定的概率使液体电介质的分子电离。只要电场足够强，电子在向阳极运动的过程中，就不断碰撞液体分子，使之电离，致使电子迅速增加。因碰撞电离而产生的正离子移动至阴极附近，增强了阴极表面的场强，促使阴极发射的电子数增多。这样，电流急剧增加，液体电介质失去绝缘能力，发生击穿。1

气泡击穿纯净液体电介质在电场作用下生成气泡是气泡击穿理论的基础。当纯净液体电介质承受较高电场强度时，在其中产生气泡的原因有:①因场致发射或因强电场作用加强了的热电子发射而脱离阴极的电子，在电场作用下运动形成电子电流，使液体发热而分解出气泡；②电子在电场中运动，与液体电介质分子碰撞，导致液体分子解离产生气泡；③电极表面粗糙，突出物处的电晕放电使液体气化生成气泡；④电极表面吸附的气泡表面积聚电荷，当电场力足够时，气泡将被拉长。液体电介质中出现气泡后，在足够强的电场作用下，首先气泡内的气体电离，气泡温度升高、体积膨胀，电离进一步发展。与此同时，带电粒子又不断撞击液体分子，使液体分解出气体，扩大了气体通道。电离的气泡或在电极间形成连续小桥，或畸变了液体电介质中的电场分布，导致液体电介质击穿。1

气体桥击穿工程用液体电介质中含有水分和纤维、金属末等固体杂质。在电场作用下，水滴、潮湿纤维等介电常数比液体电介质大的杂质将被吸引到电场强度较大的区域，并顺着电力线排列起来，在电极间局部地区构成杂质小桥。小桥的电导和介电常数都比液体电介质的大，这就畸变了电场分布，使液体电介质的击穿场强下降。如杂质足够多，则还能构成贯通电极间隙的小桥。杂质小桥的电导大，因而小桥将因流过较大的泄漏电流而发热，使液体电介质及所含水分局部气化，而击穿将沿此气体桥发生。1

杂质影响电场和电压种类对杂质形成小桥的过程有显著影响。在均匀或稍不均匀的电场中，杂质的影响特别明显。直流电压下，杂质逐渐向电极间聚拢，并构成连续小桥，导致击穿。交流电压下，杂质虽然也将被吸入电极间隙，但因杂质运动速度小于电极上电压极性的变动速度，因此在长间隙中难于形成连续小桥。杂质聚集在电极附近，畸变了电场分布，降低了液体电介质的击穿场强。在冲击电压作用下，杂质来不及运动，它们的影响不如直流电压下和交流电压下严重。极不均匀电场中，电极间隙中电场强度较强区域内的液体会强烈扰动，杂质不可能形成小桥，它们对液体电介质击穿的影响较弱。2

液体电介质中的沿面放电沿着液体与固体电介质分界面，在液体电介质中发生的电晕、滑闪、闪络放电现象。液体电介质中沿面放电的规律性与气体中沿面放电相似。在液体电介质中发生的放电，不仅使液体变质、劣化，而且放电产生的热作用和剧烈的压力变化可能使某些固体电介质内产生气泡。在放电的多次作用下，这些固体电介质会出现分层、开裂现象，这时放电就有可能在固体电介质内部发展，绝缘结构的击穿电压因此下降。2

本词条内容贡献者为:

李雪梅 - 副教授 - 西南大学