如何提高真空中的绝缘强度和抗击穿能力？

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：此时，在绝缘击穿过程中起重要作用的是电极过程与金属蒸气。这三种引起真空击穿的原因并不是孤立的，是相互关联而又同时发生作用的。真空中的绝缘击穿电压，根据电极材料与表面状态的不同而有显著差别。通常，电极材料的熔点或机械强度越高其绝缘击穿电压也越高。

如图6-24所示，当间隙压力由大气压状态逐渐降低时，起初绝缘强度随着降低，但进一步降低压力时，绝缘强度又重新升高，当压力降到1.33×10^-2 Pa（10^-4mmHg）以下时，得到大致不变的绝缘强度。

在10^-2 Pa以下（10^-4 torr以下）的高真空中，由于空间中气体的分子数量非常少，例如在常温下101.3kPa（1atm）空气中，每立方厘米内只有2.683×10¹⁹个气体分子，而在1.33×10^-2Pa真空中，每立方厘米只有3.4×10¹²个气体分子，因而不会因碰撞而造成真空间隙击穿，分子数量与绝缘击穿无关。此时，在绝缘击穿过程中起重要作用的是电极过程与金属蒸气。关于引起真空击穿的原因，已提出了下列三种假说：

1.场致发射

高电场强度集中于阴极表面的微小突起和尖端部分，引起电子发射，使该部分金属熔化蒸发而发展成电弧。

图6-24 绝缘强度与气压的关系

电极材料—钨间隙距离—1mm

2.团粒的作用

附着在电极表面上的微小金属屑等（统称为团粒），受到电场作用从一极加速通过真空间隙到达另一极，团粒和电极碰撞，使团粒熔化和蒸发，金属蒸气被电子游离，导致绝缘击穿。

3.电极的二次发射

间隙中的正离子和光子等，撞击阴极而引起二次电子发射，或加强了场致发射而引起绝缘击穿。

这三种引起真空击穿的原因并不是孤立的，是相互关联而又同时发生作用的。许多研究者认为：当真空间隙（电极间距离）很小时，击穿主要由场致发射引起；真空间隙较大时，团粒的作用成为击穿的主要原因；而由电极二次发射造成击穿的可能性极小。真空中的绝缘击穿电压，根据电极材料与表面状态的不同而有显著差别。通常，电极材料的熔点或机械强度越高其绝缘击穿电压也越高。在电极表面有突起的部分时，其耐压强度即显著降低，为了消除此种电极表面的突起，需要进行放电处理（老炼处理）。此外，当电极表面附着有气体或有机物时，在较低电压下即发生绝缘击穿，因此，必须注意使电极表面非常清洁。

真空间隙击穿所需时间极短，一般在数十至一百多纳秒（ns）内。真空击穿初始阶段的电流由间隙上的分布电容贮能提供，当电源功率足够大时，击穿才能发展成真空电弧。在电力系统中，电源功率很大，所以真空触头间的击穿通常都能转变成真空电弧。

如何提高真空中的绝缘强度和抗击穿能力？

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