绝缘击穿电压击穿机理、击穿后的电压变化情况？

一、绝缘击穿机理的物理本质

1. 气体介质击穿

气体击穿主要基于电子崩和流注理论。初始阶段，在强电场作用下，少数自由电子被加速并获得足够动能，通过与气体分子碰撞使其电离（汤森放电理论），产生新的电子-离子对，形成电子崩。当电场强度足够高（例如空气中间隙电场≥30 kV/cm），电子崩迅速发展，其头部的空间电荷产生的附加电场使崩头尾部的场强极大增强，引发强烈的光电离，从而将一个个独立的电子崩连接起来，形成高电导率的等离子体通道，即“流注"。流注迅速贯通电极间隙，导致气体全丧失绝缘能力，如自然界中的雷电现象便是典型的气体击穿。

2. 液体介质击穿

以变压器油为代表的液体绝缘介质的击穿，通常与杂质和气泡密切相关。“气泡理论"认为，液体中的杂质（如水、纤维）或局部电晕发热会产生气泡。由于气体的介电常数低且耐压强度远低于液体，气泡内的电场强度更高，首先发生电离。气泡电离产生的高温和活性气体（如臭氧）进一步分解、碳化液体，形成更多气泡和导电颗粒，最终导致贯穿性导电通道的形成。“电泳效应"则指出，在电场作用下，液体中的悬浮杂质颗粒会向高场强区迁移并积聚，可能形成桥接电极的导电小桥，引发击穿。

3. 固体介质击穿

固体介质的击穿机理更为复杂，主要有三种形式：本征击穿指在强电场（通常对应10⁸ V/m量级）直接作用下，介质晶格或分子结构中的大量电子被直接激发到导带，导致电导率雪崩式增长，这一过程发生在极短的时间尺度（约10⁻⁸秒）内，与热效应无关。热击穿是由于介质在交变电场下的介质损耗或漏导电流产生的焦耳热，若散热不良，将使介质温度持续升高，而温度升高又导致电导率和损耗进一步增大，形成正反馈，最终因局部过热而熔化、碳化，形成永性导电通道，例如电缆长期过载导致的绝缘烧毁。电化学击穿则是长期工作电压下，在电场、水分、杂质等联合作用下发生的缓慢老化过程，如离子迁移、电树枝和水树枝的生长，逐步侵蚀绝缘，最终引发击穿。

4. 复合介质击穿

由多种材料构成的复合绝缘结构（如气体绝缘金属封闭开关设备GIS中的环氧树脂衬套与SF₆气体界面），其薄弱点常在界面处。由于不同材料介电常数和电导率的差异，电场在交界处会发生畸变并产生电荷积聚（界面效应）。这些界面电荷强化了局部电场，易引发沿面放电或界面击穿，其击穿电压通常低于各单一介质。

二、击穿后的电压变化规律

1. 击穿瞬间的电压骤降与能量释放

击穿形成的瞬间，绝缘介质内部或沿面建立起高电导率的导电通道（如电弧、碳化通道），电极间的阻抗急剧下降。对于由电压源供电的系统，负载端的电压将发生骤降，迅速从初始击穿电压值跌落至电弧或短路通道的维持电压，该电压通常仅为原击穿峰值的10%-30%，仅用于维持导电通道的存在。对于储能设备（如高压电容器、电缆），击穿意味着其储存的电场能量通过新形成的低阻通道在极短时间内剧烈释放，导致设备两端的电压在微秒级甚至更短时间内崩溃至接近于零，并伴随巨大的短路电流和可能的热爆炸。

2. 不同电源条件下的稳态与暂态差异

在直流电压下击穿，一旦电弧形成，电压将稳定在较低的电弧维持电压水平，直至保护动作切断电源。在工频交流电压下，情况更为复杂：击穿通常发生在电压峰值附近，击穿后电压随即崩溃；但由于交流电流每半周会过零点，电弧可能暂时熄灭。若介质绝缘性能未能恢复，在电压恢复上升时电弧将重燃，导致电压周期性（每半周一次或多次）的崩溃与恢复，形成持续的电弧接地故障，直至断路器跳闸。

3. 工程实践中的典型表现

在实际工程中，击穿后的电压形态直观反映了系统的状态突变。例如，一个1厘米标准空气间隙在30 kV（峰值）击穿后，间隙电压会立即跌落至数百伏的电弧电压。而对于一个额定电压50V的陶瓷电容器，其介质击穿意味着内部形成永jiu性短路，两端子间的电压在击穿后长期接近于零，设备完quan失效。这些变化规律是继电保护装置（如过流保护、差动保护）设计和故障诊断的重要依据。