一、絕緣擊穿機(jī)理的物理本質(zhì)

1. 氣體介質(zhì)擊穿

氣體擊穿主要基于電子崩和流注理論。初始階段，在強(qiáng)電場作用下，少數(shù)自由電子被加速并獲得足夠動能，通過與氣體分子碰撞使其電離（湯森放電理論），產(chǎn)生新的電子-離子對，形成電子崩。當(dāng)電場強(qiáng)度足夠高（例如空氣中間隙電場≥30 kV/cm），電子崩迅速發(fā)展，其頭部的空間電荷產(chǎn)生的附加電場使崩頭尾部的場強(qiáng)極大增強(qiáng)，引發(fā)強(qiáng)烈的光電離，從而將一個(gè)個(gè)獨(dú)立的電子崩連接起來，形成高電導(dǎo)率的等離子體通道，即“流注"。流注迅速貫通電極間隙，導(dǎo)致氣體全喪失絕緣能力，如自然界中的雷電現(xiàn)象便是典型的氣體擊穿。

2. 液體介質(zhì)擊穿

以變壓器油為代表的液體絕緣介質(zhì)的擊穿，通常與雜質(zhì)和氣泡密切相關(guān)。“氣泡理論"認(rèn)為，液體中的雜質(zhì)（如水、纖維）或局部電暈發(fā)熱會產(chǎn)生氣泡。由于氣體的介電常數(shù)低且耐壓強(qiáng)度遠(yuǎn)低于液體，氣泡內(nèi)的電場強(qiáng)度更高，首先發(fā)生電離。氣泡電離產(chǎn)生的高溫和活性氣體（如臭氧）進(jìn)一步分解、碳化液體，形成更多氣泡和導(dǎo)電顆粒，最終導(dǎo)致貫穿性導(dǎo)電通道的形成。“電泳效應(yīng)"則指出，在電場作用下，液體中的懸浮雜質(zhì)顆粒會向高場強(qiáng)區(qū)遷移并積聚，可能形成橋接電極的導(dǎo)電小橋，引發(fā)擊穿。

3. 固體介質(zhì)擊穿

固體介質(zhì)的擊穿機(jī)理更為復(fù)雜，主要有三種形式：本征擊穿指在強(qiáng)電場（通常對應(yīng)10? V/m量級）直接作用下，介質(zhì)晶格或分子結(jié)構(gòu)中的大量電子被直接激發(fā)到導(dǎo)帶，導(dǎo)致電導(dǎo)率雪崩式增長，這一過程發(fā)生在極短的時(shí)間尺度（約10??秒）內(nèi)，與熱效應(yīng)無關(guān)。熱擊穿是由于介質(zhì)在交變電場下的介質(zhì)損耗或漏導(dǎo)電流產(chǎn)生的焦耳熱，若散熱不良，將使介質(zhì)溫度持續(xù)升高，而溫度升高又導(dǎo)致電導(dǎo)率和損耗進(jìn)一步增大，形成正反饋，最終因局部過熱而熔化、碳化，形成永性導(dǎo)電通道，例如電纜長期過載導(dǎo)致的絕緣燒毀。電化學(xué)擊穿則是長期工作電壓下，在電場、水分、雜質(zhì)等聯(lián)合作用下發(fā)生的緩慢老化過程，如離子遷移、電樹枝和水樹枝的生長，逐步侵蝕絕緣，最終引發(fā)擊穿。

4. 復(fù)合介質(zhì)擊穿

由多種材料構(gòu)成的復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)（如氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備GIS中的環(huán)氧樹脂襯套與SF?氣體界面），其薄弱點(diǎn)常在界面處。由于不同材料介電常數(shù)和電導(dǎo)率的差異，電場在交界處會發(fā)生畸變并產(chǎn)生電荷積聚（界面效應(yīng)）。這些界面電荷強(qiáng)化了局部電場，易引發(fā)沿面放電或界面擊穿，其擊穿電壓通常低于各單一介質(zhì)。

二、擊穿后的電壓變化規(guī)律

1. 擊穿瞬間的電壓驟降與能量釋放

擊穿形成的瞬間，絕緣介質(zhì)內(nèi)部或沿面建立起高電導(dǎo)率的導(dǎo)電通道（如電弧、碳化通道），電極間的阻抗急劇下降。對于由電壓源供電的系統(tǒng)，負(fù)載端的電壓將發(fā)生驟降，迅速從初始擊穿電壓值跌落至電弧或短路通道的維持電壓，該電壓通常僅為原擊穿峰值的10%-30%，僅用于維持導(dǎo)電通道的存在。對于儲能設(shè)備（如高壓電容器、電纜），擊穿意味著其儲存的電場能量通過新形成的低阻通道在極短時(shí)間內(nèi)劇烈釋放，導(dǎo)致設(shè)備兩端的電壓在微秒級甚至更短時(shí)間內(nèi)崩潰至接近于零，并伴隨巨大的短路電流和可能的熱爆炸。

2. 不同電源條件下的穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)差異

在直流電壓下?lián)舸?，一旦電弧形成，電壓將穩(wěn)定在較低的電弧維持電壓水平，直至保護(hù)動作切斷電源。在工頻交流電壓下，情況更為復(fù)雜：擊穿通常發(fā)生在電壓峰值附近，擊穿后電壓隨即崩潰；但由于交流電流每半周會過零點(diǎn)，電弧可能暫時(shí)熄滅。若介質(zhì)絕緣性能未能恢復(fù)，在電壓恢復(fù)上升時(shí)電弧將重燃，導(dǎo)致電壓周期性（每半周一次或多次）的崩潰與恢復(fù)，形成持續(xù)的電弧接地故障，直至斷路器跳閘。

3. 工程實(shí)踐中的典型表現(xiàn)

在實(shí)際工程中，擊穿后的電壓形態(tài)直觀反映了系統(tǒng)的狀態(tài)突變。例如，一個(gè)1厘米標(biāo)準(zhǔn)空氣間隙在30 kV（峰值）擊穿后，間隙電壓會立即跌落至數(shù)百伏的電弧電壓。而對于一個(gè)額定電壓50V的陶瓷電容器，其介質(zhì)擊穿意味著內(nèi)部形成永jiu性短路，兩端子間的電壓在擊穿后長期接近于零，設(shè)備完quan失效。這些變化規(guī)律是繼電保護(hù)裝置（如過流保護(hù)、差動保護(hù)）設(shè)計(jì)和故障診斷的重要依據(jù)。