破壞性放電

固體、液體、氣體介質及 其組合介質在高電壓作用下，介質強度喪失的現象。破壞性放電時，電極間的電壓迅速下降到零或接近於零。擊穿時的電壓稱為擊穿電壓。擊穿時的電場強 度稱為材料的擊穿電場強度或擊穿強度，亦稱絕緣強度。

基本介紹

• 中文名：破壞性放電
• 外文名：disruptive discharge dielectric breakdown
• 別稱：介質擊穿、電擊穿

基本介紹

任何電介質都有其耐受電壓，當外施電壓超過其耐受電壓，介質內部就會形成導電通路，流過的電流劇增，外部來看，電介質承受的電壓急劇下降，該現象一般伴隨有強烈的光、熱現象，對運行中的設備產生不利影響，因此稱為破壞性放電。對於氣體電介質和液體電介質，可以通過電介質的流動來恢復絕緣，稱為非保持破壞性放電，對於固體電介質，發生破壞性放電後，介質的絕緣不能自行恢復，稱為保持破壞性放電。

氣體電介質

氣體電介質的破壞性放電，根據均勻電場與不均勻電場，以及氣體間隙的長度，可以分為湯森放電理論、先導放電理論、流注放電理論等不同的機理。但其本質都離不開電子崩。

當施加在氣體電介質上的電壓超過氣體的飽和電流階段之後，即進入電子碰撞游離階段，帶電質點(主要是電子)在電場中獲得巨大能量，從而將氣體分子碰裂游離成正離子和電子。新形成的電子又在電場中積累能量去碰撞其他分子，使其游離，如此連鎖反應，便形成了電子崩。電子崩向陽極發展，最後形成一個具有高電導的通道，導致氣體擊穿。

先導放電現象之一——雷電

對於長間隙不均勻電場，當施加電場強度過大，會導致大量流注產生，使得空氣產生熱電離而形成先導通道，先導通道內部電導很大，並向電極另一端發展，加劇電場的擊穿，從而產生先導放電。

液體電介質

電子理論

電子從陰極發射，進入液體以後，在足夠高的場強下，一些電子能夠從電場中得到比它們與液體分子或原子非彈性碰撞損失的更多的能量，這些電子一直被加速到具有足夠的能量去電離液體分子或原子。同時空間正離子增強了陰極表面的電場強度促進電子的發射，電子累積形成電子崩，最終導致液體擊穿。

首先是陰極電子發射，陰極表面電子發射的方式是多種的：熱發射、光電發射、場致發射及二次發射等。從電子初始發射的角度來看，場致發射與熱發射應該是主要的。

其次是電子增長產生電子崩。電子從外電場得到的能量等於激勵液體分子、原子消散的能量，電子如果從外電場得到的能量大於與液體分子或原子非彈撞損失的能量， 則能夠導致電子崩的產生。另外，在擊穿發生前的瞬間，預擊穿電流發射大量的光，光子為液體分子的電離提供能量，促進電子崩的發生。而二次電子發射可能引發電子崩，電子崩尾的正電荷也加強了低密度區的電場。所以，上述過程構成正反饋。

雜質擊穿

（小橋放電）

工程用液體電介質總是或多或少地含有一些雜質，例如油中常因受潮而含有水分。此外還含有油紙或布脫落的纖維，由於水和纖維的介電常數很大，使它們容易極化而沿電場方向定向排列。如果定向排列的纖維貫穿於電極間形成連續小橋，則由於水分及纖維等的電導大而引起泄漏電流增大，發熱增多，促使水分汽化，氣泡擴大。如果纖維尚未貫穿整個電極間隙，則由於纖維的介電常數大而使纖維端部油中場強顯著增高，高場強下油電離分解出氣體形成氣泡，氣泡電離並因發熱而擴大。電離的氣泡排成氣體“小橋”，工程用液體電介質的擊穿最後發生在氣體通道中。

另外，液體中雜質的存在加強了液體中電場分布的不均勻性，雜質在電場中被極化，在接近電極的時候，可能增強電極表面的電場強度，引發液體的局部放電，導致擊穿的進一步發生。

固體電介質

固體電絕緣擊穿作為一門套用性很強的學科，有其完整的理論基礎。經過長期的探索，已經提出了一些有關擊穿的理論，如碰撞電離擊穿理論、雪崩擊穿理論、電荷陷阱理論等，但是固體絕緣介質是晶體、非晶體、半晶體和混合物等，難以用一個簡單的模型進行解釋。

雪崩擊穿理論

這是純透明固體雷射技術破壞下討論的一種最廣泛的機制 。該機制起主要作用是當由於導電區晶格 原子為多光子電離形成俘獲電子時，這些電子在電磁波場中加速並積蓄大的電離能量，首先使晶格原子電離，導致自由電子數目的雪崩增長，為後者所吸收的能量最終交給晶格 , 並在晶格中引起不可逆變 化。電子雪崩機制是電磁輻射脈衝持續期從 到 秒間隔內理想透明媒質的電擊穿的主要機制 , 所以它的閡值決定光學材料對雷射作用極限的堅固性 。

分析電子雪崩問題的方法主要有三：1 .試驗電子法；2 .直接求解導電區電子的動力方程；3，計算或不與聲子碰撞(直流場情況)，或優先經受改變 電子準動量到相反方向同時改變電場符號的碰撞積蓄達到電離能量某些反常電子幾率。