提高擊穿電壓的主要方法(怎樣提高液體電介質(zhì)擊穿電壓的方法)
1.怎樣提高液體電介質(zhì)擊穿電壓的方法
在足夠強(qiáng)的電場(chǎng)作用下，液體電介質(zhì)失去絕緣能力而由絕緣狀態(tài)突變?yōu)榱紝?dǎo)電狀態(tài)。純凈液體電介質(zhì)與含雜質(zhì)工程液體電介質(zhì)的擊穿機(jī)理不同。對(duì)純凈液體電介質(zhì)，有兩種闡述擊穿過(guò)程的理論──電擊穿理論和氣泡擊穿理論；對(duì)工程液體電介質(zhì)的擊穿過(guò)程可用氣體橋理論解釋。沿著液體和固體電介質(zhì)分界面的放電現(xiàn)象稱為液體電介質(zhì)中的沿面放電，它具有自己的規(guī)律性。脈沖電壓下液體電介質(zhì)擊穿時(shí)，常出現(xiàn)強(qiáng)力氣體沖擊波（即電水錘），可用于水下探礦、橋墩探傷及人體內(nèi)臟結(jié)石的體外破碎等。
電擊穿 液體電介質(zhì)的分子因電子碰撞而電離是電擊穿理論的基礎(chǔ)。純凈的液體電介質(zhì)中總會(huì)存在一些離子，它們或由液體分子受自然界中射線的電離作用而產(chǎn)生，或由液體中微量雜質(zhì)受電場(chǎng)的解離作用而產(chǎn)生。對(duì)純凈的液體電介質(zhì)施加電壓，液體中的離子在電場(chǎng)作用下運(yùn)動(dòng)而形成電流。電場(chǎng)較弱時(shí)，隨電壓的上升，電流呈線性增加。當(dāng)電場(chǎng)逐漸增強(qiáng)時(shí)，由于越來(lái)越多的離子已參與了導(dǎo)電，隨著電壓的進(jìn)一步升高，電流呈現(xiàn)出不十分明顯的飽和趨向。此時(shí)液體電介質(zhì)中雖有電流流過(guò)，但數(shù)值甚微，液體仍具有較高的電阻率。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)1MV/cm時(shí)，液體電介質(zhì)中原有的少量自由電子，以及因場(chǎng)致發(fā)射或因強(qiáng)電場(chǎng)作用增強(qiáng)了的熱電子發(fā)射而脫離陰極的電子，在電場(chǎng)作用下運(yùn)動(dòng)、加速、積累能量、碰撞液體分子，而且以一定的概率使液體電介質(zhì)的分子電離。只要電場(chǎng)足夠強(qiáng)，電子在向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，就不斷碰撞液體分子，使之電離，致使電子迅速增加。因碰撞電離而產(chǎn)生的正離子移動(dòng)至陰極附近，增強(qiáng)了陰極表面的場(chǎng)強(qiáng)，促使陰極發(fā)射的電子數(shù)增多。這樣，電流急劇增加，液體電介質(zhì)失去絕緣能力，發(fā)生擊穿。
氣泡擊穿 純凈液體電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下生成氣泡是氣泡擊穿理論的基礎(chǔ)。當(dāng)純凈液體電介質(zhì)承受較高電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，在其中產(chǎn)生氣泡的原因有：①因場(chǎng)致發(fā)射或因強(qiáng)電場(chǎng)作用加強(qiáng)了的熱電子發(fā)射而脫離陰極的電子，在電場(chǎng)作用下運(yùn)動(dòng)形成電子電流，使液體發(fā)熱而分解出氣泡；②電子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，與液體電介質(zhì)分子碰撞，導(dǎo)致液體分子解離產(chǎn)生氣泡；③電極表面粗糙，突出物處的電暈放電使液體氣化生成氣泡；④電極表面吸附的氣泡表面積聚電荷，當(dāng)電場(chǎng)力足夠時(shí)，氣泡將被拉長(zhǎng)。液體電介質(zhì)中出現(xiàn)氣泡后，在足夠強(qiáng)的電場(chǎng)作用下，首先氣泡內(nèi)的氣體電離，氣泡溫度升高、體積膨脹，電離進(jìn)一步發(fā)展。與此同時(shí)，帶電粒子又不斷撞擊液體分子，使液體分解出氣體，擴(kuò)大了氣體通道。電離的氣泡或在電極間形成連續(xù)小橋，或畸變了液體電介質(zhì)中的電場(chǎng)分布，導(dǎo)致液體電介質(zhì)擊穿。
氣體橋擊穿 工程用液體電介質(zhì)中含有水分和纖維、金屬末等固體雜質(zhì)。在電場(chǎng)作用下，水滴、潮濕纖維等介電常數(shù)比液體電介質(zhì)大的雜質(zhì)將被吸引到電場(chǎng)強(qiáng)度較大的區(qū)域，并順著電力線排列起來(lái)，在電極間局部地區(qū)構(gòu)成雜質(zhì)小橋。小橋的電導(dǎo)和介電常數(shù)都比液體電介質(zhì)的大，這就畸變了電場(chǎng)分布，使液體電介質(zhì)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)下降。如雜質(zhì)足夠多，則還能構(gòu)成貫通電極間隙的小橋。雜質(zhì)小橋的電導(dǎo)大，因而小橋?qū)⒁蛄鬟^(guò)較大的泄漏電流而發(fā)熱，使液體電介質(zhì)及所含水分局部氣化，而擊穿將沿此氣體橋發(fā)生。
電場(chǎng)和電壓種類對(duì)雜質(zhì)形成小橋的過(guò)程有顯著影響。在均勻或稍不均勻的電場(chǎng)中，雜質(zhì)的影響特別明顯。直流電壓下，雜質(zhì)逐漸向電極間聚攏，并構(gòu)成連續(xù)小橋，導(dǎo)致?lián)舸?。交流電壓下，雜質(zhì)雖然也將被吸入電極間隙，但因雜質(zhì)運(yùn)動(dòng)速度小于電極上電壓極性的變動(dòng)速度，因此在長(zhǎng)間隙中難于形成連續(xù)小橋。雜質(zhì)聚集在電極附近，畸變了電場(chǎng)分布，降低了液體電介質(zhì)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)。在沖擊電壓作用下，雜質(zhì)來(lái)不及運(yùn)動(dòng)，它們的影響不如直流電壓下和交流電壓下嚴(yán)重。極不均勻電場(chǎng)中，電極間隙中電場(chǎng)強(qiáng)度較強(qiáng)區(qū)域內(nèi)的液體會(huì)強(qiáng)烈擾動(dòng)，雜質(zhì)不可能形成小橋，它們對(duì)液體電介質(zhì)擊穿的影響較弱。
液體電介質(zhì)中的沿面放電 沿著液體與固體電介質(zhì)分界面，在液體電介質(zhì)中發(fā)生的電暈、滑閃、閃絡(luò)放電現(xiàn)象。液體電介質(zhì)中沿面放電的規(guī)律性與氣體中沿面放電相似（見(jiàn)沿面放電）。在液體電介質(zhì)中發(fā)生的放電，不僅使液體變質(zhì)、劣化，而且放電產(chǎn)生的熱作用和劇烈的壓力變化可能使某些固體電介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生氣泡。在放電的多次作用下，這些固體電介質(zhì)會(huì)出現(xiàn)分層、開(kāi)裂現(xiàn)象，這時(shí)放電就有可能在固體電介質(zhì)內(nèi)部發(fā)展，絕緣結(jié)構(gòu)的擊穿電壓因此下降。
2.怎樣提高液體電介質(zhì)擊穿電壓的方法
在足夠強(qiáng)的電場(chǎng)作用下，液體電介質(zhì)失去絕緣能力而由絕緣狀態(tài)突變?yōu)榱紝?dǎo)電狀態(tài)。
純凈液體電介質(zhì)與含雜質(zhì)工程液體電介質(zhì)的擊穿機(jī)理不同。對(duì)純凈液體電介質(zhì)，有兩種闡述擊穿過(guò)程的理論──電擊穿理論和氣泡擊穿理論；對(duì)工程液體電介質(zhì)的擊穿過(guò)程可用氣體橋理論解釋。
沿著液體和固體電介質(zhì)分界面的放電現(xiàn)象稱為液體電介質(zhì)中的沿面放電，它具有自己的規(guī)律性。脈沖電壓下液體電介質(zhì)擊穿時(shí)，常出現(xiàn)強(qiáng)力氣體沖擊波（即電水錘），可用于水下探礦、橋墩探傷及人體內(nèi)臟結(jié)石的體外破碎等。
電擊穿 液體電介質(zhì)的分子因電子碰撞而電離是電擊穿理論的基礎(chǔ)。純凈的液體電介質(zhì)中總會(huì)存在一些離子，它們或由液體分子受自然界中射線的電離作用而產(chǎn)生，或由液體中微量雜質(zhì)受電場(chǎng)的解離作用而產(chǎn)生。
對(duì)純凈的液體電介質(zhì)施加電壓，液體中的離子在電場(chǎng)作用下運(yùn)動(dòng)而形成電流。電場(chǎng)較弱時(shí)，隨電壓的上升，電流呈線性增加。
當(dāng)電場(chǎng)逐漸增強(qiáng)時(shí)，由于越來(lái)越多的離子已參與了導(dǎo)電，隨著電壓的進(jìn)一步升高，電流呈現(xiàn)出不十分明顯的飽和趨向。此時(shí)液體電介質(zhì)中雖有電流流過(guò)，但數(shù)值甚微，液體仍具有較高的電阻率。
當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)1MV/cm時(shí)，液體電介質(zhì)中原有的少量自由電子，以及因場(chǎng)致發(fā)射或因強(qiáng)電場(chǎng)作用增強(qiáng)了的熱電子發(fā)射而脫離陰極的電子，在電場(chǎng)作用下運(yùn)動(dòng)、加速、積累能量、碰撞液體分子，而且以一定的概率使液體電介質(zhì)的分子電離。只要電場(chǎng)足夠強(qiáng)，電子在向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，就不斷碰撞液體分子，使之電離，致使電子迅速增加。
因碰撞電離而產(chǎn)生的正離子移動(dòng)至陰極附近，增強(qiáng)了陰極表面的場(chǎng)強(qiáng)，促使陰極發(fā)射的電子數(shù)增多。這樣，電流急劇增加，液體電介質(zhì)失去絕緣能力，發(fā)生擊穿。
氣泡擊穿 純凈液體電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下生成氣泡是氣泡擊穿理論的基礎(chǔ)。當(dāng)純凈液體電介質(zhì)承受較高電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，在其中產(chǎn)生氣泡的原因有：①因場(chǎng)致發(fā)射或因強(qiáng)電場(chǎng)作用加強(qiáng)了的熱電子發(fā)射而脫離陰極的電子，在電場(chǎng)作用下運(yùn)動(dòng)形成電子電流，使液體發(fā)熱而分解出氣泡；②電子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，與液體電介質(zhì)分子碰撞，導(dǎo)致液體分子解離產(chǎn)生氣泡；③電極表面粗糙，突出物處的電暈放電使液體氣化生成氣泡；④電極表面吸附的氣泡表面積聚電荷，當(dāng)電場(chǎng)力足夠時(shí)，氣泡將被拉長(zhǎng)。
液體電介質(zhì)中出現(xiàn)氣泡后，在足夠強(qiáng)的電場(chǎng)作用下，首先氣泡內(nèi)的氣體電離，氣泡溫度升高、體積膨脹，電離進(jìn)一步發(fā)展。與此同時(shí)，帶電粒子又不斷撞擊液體分子，使液體分解出氣體，擴(kuò)大了氣體通道。
電離的氣泡或在電極間形成連續(xù)小橋，或畸變了液體電介質(zhì)中的電場(chǎng)分布，導(dǎo)致液體電介質(zhì)擊穿。 氣體橋擊穿 工程用液體電介質(zhì)中含有水分和纖維、金屬末等固體雜質(zhì)。
在電場(chǎng)作用下，水滴、潮濕纖維等介電常數(shù)比液體電介質(zhì)大的雜質(zhì)將被吸引到電場(chǎng)強(qiáng)度較大的區(qū)域，并順著電力線排列起來(lái)，在電極間局部地區(qū)構(gòu)成雜質(zhì)小橋。小橋的電導(dǎo)和介電常數(shù)都比液體電介質(zhì)的大，這就畸變了電場(chǎng)分布，使液體電介質(zhì)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)下降。
如雜質(zhì)足夠多，則還能構(gòu)成貫通電極間隙的小橋。雜質(zhì)小橋的電導(dǎo)大，因而小橋?qū)⒁蛄鬟^(guò)較大的泄漏電流而發(fā)熱，使液體電介質(zhì)及所含水分局部氣化，而擊穿將沿此氣體橋發(fā)生。
電場(chǎng)和電壓種類對(duì)雜質(zhì)形成小橋的過(guò)程有顯著影響。在均勻或稍不均勻的電場(chǎng)中，雜質(zhì)的影響特別明顯。
直流電壓下，雜質(zhì)逐漸向電極間聚攏，并構(gòu)成連續(xù)小橋，導(dǎo)致?lián)舸＝涣麟妷合?，雜質(zhì)雖然也將被吸入電極間隙，但因雜質(zhì)運(yùn)動(dòng)速度小于電極上電壓極性的變動(dòng)速度，因此在長(zhǎng)間隙中難于形成連續(xù)小橋。
雜質(zhì)聚集在電極附近，畸變了電場(chǎng)分布，降低了液體電介質(zhì)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)。在沖擊電壓作用下，雜質(zhì)來(lái)不及運(yùn)動(dòng)，它們的影響不如直流電壓下和交流電壓下嚴(yán)重。
極不均勻電場(chǎng)中，電極間隙中電場(chǎng)強(qiáng)度較強(qiáng)區(qū)域內(nèi)的液體會(huì)強(qiáng)烈擾動(dòng)，雜質(zhì)不可能形成小橋，它們對(duì)液體電介質(zhì)擊穿的影響較弱。 液體電介質(zhì)中的沿面放電 沿著液體與固體電介質(zhì)分界面，在液體電介質(zhì)中發(fā)生的電暈、滑閃、閃絡(luò)放電現(xiàn)象。
液體電介質(zhì)中沿面放電的規(guī)律性與氣體中沿面放電相似（見(jiàn)沿面放電）。在液體電介質(zhì)中發(fā)生的放電，不僅使液體變質(zhì)、劣化，而且放電產(chǎn)生的熱作用和劇烈的壓力變化可能使某些固體電介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生氣泡。
在放電的多次作用下，這些固體電介質(zhì)會(huì)出現(xiàn)分層、開(kāi)裂現(xiàn)象，這時(shí)放電就有可能在固體電介質(zhì)內(nèi)部發(fā)展，絕緣結(jié)構(gòu)的擊穿電壓因此下降。
