[科普中国]-破坏性放电

固体、液体、气体介质及 其组合介质在高电压作用下，介质强度丧失的现象。破坏性放电时，电极间的电压迅速下降到零或接近于零。击穿时的电压称为击穿电压。击穿时的电场强 度称为材料的击穿电场强度或击穿强度，亦称绝缘强度。

定义任何电介质都有其耐受电压，当外施电压超过其耐受电压，介质内部就会形成导电通路，流过的电流剧增，外部来看，电介质承受的电压急剧下降，该现象一般伴随有强烈的光、热现象，对运行中的设备产生不利影响，因此称为破坏性放电。对于气体电介质和液体电介质，可以通过电介质的流动来恢复绝缘，称为非保持破坏性放电，对于固体电介质，发生破坏性放电后，介质的绝缘不能自行恢复，称为保持破坏性放电。

气体电介质破坏性放电气体电介质的破坏性放电，根据均匀电场与不均匀电场，以及气体间隙的长度，可以分为汤森放电理论、先导放电理论、流注放电理论等不同的机理。但其本质都离不开电子崩。

当施加在气体电介质上的电压超过气体的饱和电流阶段之后，即进入电子碰撞游离阶段，带电质点(主要是电子)在电场中获得巨大能量，从而将气体分子碰裂游离成正离子和电子。新形成的电子又在电场中积累能量去碰撞其他分子，使其游离，如此连锁反应，便形成了电子崩。电子崩向阳极发展，最后形成一个具有高电导的通道，导致气体击穿。

对于长间隙不均匀电场，当施加电场强度过大，会导致大量流注产生，使得空气产生热电离而形成先导通道，先导通道内部电导很大，并向电极另一端发展，加剧电场的击穿，从而产生先导放电。

液体电介质破坏性放电电子理论电子从阴极发射，进入液体以后，在足够高的场强下，一些电子能够从电场中得到比它们与液体分子或原子非弹性碰撞损失的更多的能量，这些电子一直被加速到具有足够的能量去电离液体分子或原子。同时空间正离子增强了阴极表面的电场强度促进电子的发射，电子累积形成电子崩，最终导致液体击穿。

首先是阴极电子发射，阴极表面电子发射的方式是多种的：热发射、光电发射、场致发射及二次发射等。从电子初始发射的角度来看，场致发射与热发射应该是主要的。

其次是电子增长产生电子崩。电子从外电场得到的能量等于激励液体分子、原子消散的能量，电子如果从外电场得到的能量大于与液体分子或原子非弹撞损失的能量， 则能够导致电子崩的产生。另外，在击穿发生前的瞬间，预击穿电流发射大量的光，光子为液体分子的电离提供能量，促进电子崩的发生。而二次电子发射可能引发电子崩，电子崩尾的正电荷也加强了低密度区的电场。所以，上述过程构成正反馈。

杂质击穿（小桥放电）工程用液体电介质总是或多或少地含有一些杂质，例如油中常因受潮而含有水分。此外还含有油纸或布脱落的纤维，由于水和纤维的介电常数很大，使它们容易极化而沿电场方向定向排列。如果定向排列的纤维贯穿于电极间形成连续小桥，则由于水分及纤维等的电导大而引起泄漏电流增大，发热增多，促使水分汽化，气泡扩大。如果纤维尚未贯穿整个电极间隙，则由于纤维的介电常数大而使纤维端部油中场强显著增高，高场强下油电离分解出气体形成气泡，气泡电离并因发热而扩大。电离的气泡排成气体“小桥”，工程用液体电介质的击穿最后发生在气体通道中。

另外，液体中杂质的存在加强了液体中电场分布的不均匀性，杂质在电场中被极化，在接近电极的时候，可能增强电极表面的电场强度，引发液体的局部放电，导致击穿的进一步发生。1

固体电介质破坏性放电固体电绝缘击穿作为一门应用性很强的学科，有其完整的理论基础。经过长期的探索，已经提出了一些有关击穿的理论，如碰撞电离击穿理论、雪崩击穿理论、电荷陷阱理论等，但是固体绝缘介质是晶体、非晶体、半晶体和混合物等，难以用一个简单的模型进行解释。

雪崩击穿理论这是纯透明固体激光技术破坏下讨论的一种最广泛的机制 。该机制起主要作用是当由于导电区晶格 原子为多光子电离形成俘获电子时，这些电子在电磁波场中加速并积蓄大的电离能量，首先使晶格原子电离，导致自由电子数目的雪崩增长，为后者所吸收的能量最终交给晶格 , 并在晶格中引起不可逆变 化。电子雪崩机制是电磁辐射脉冲持续期从 到 秒间隔内理想透明媒质的电击穿的主要机制 , 所以它的阂值决定光学材料对激光作用极限的坚固性 。

分析电子雪崩问题的方法主要有三：1 .试验电子法；2 .直接求解导电区电子的动力方程；3，计算或不与声子碰撞(直流场情况)，或优先经受改变 电子准动量到相反方向同时改变电场符号的碰撞积蓄达到电离能量某些反常电子几率。2

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张磊 - 副教授 - 西南大学