基本介紹
- 中文名：擊穿
- 外文名：breakdown
- 釋義：絕緣物質失去介電功能
- 分類：電擊穿、熱擊穿、光擊穿
- 影響因素：材料種類、厚度、使用環境
- 擊穿電壓：發生擊穿時的電壓
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概念
在電場作用下絕緣物內部產生破壞性的放電，絕緣電阻下降，電流增大，並產生破壞和穿孔的現象。電工設備中引起事故的重要原因。其發生時的電壓稱“擊穿電壓”，它的數值與材料的種類、厚度及使用環境有關。
擊穿類型
電擊穿
電介質在足夠高的電場強度作用下瞬間(10～10s)失去介電功能的現象。是電介質擊穿形式之一。在電場作用下，電介質內少量自由電子動能增大，當電場強度足夠大時，自由電子不斷撞擊介質內的離子，並把能量傳遞給離子使之電離，從而產生新的次級電子，這些次級電子在電場中獲得能量而加速運動，又撞擊並電離更多的離子，產生更多的次級電子，如此連鎖反應，如同雪崩，產生“電子潮”，使貫穿介質的電流迅速增大，導致擊穿。
熱擊穿
在電場作用下，固體電介質因內部熱量積累、溫度過高而導致，由絕緣狀態突變為良導電狀態的過程。
實際絕緣結構中，除了導體中電流產生的熱量將傳送給固體電介質外，在電場作用下，固體電介質本身也將因漏導和極化而發熱。與此同時，固體電介質也要向四周散發熱量，若發熱量超過散熱量，則固體電介質的溫度將上升。由於固體電介質的損耗隨溫度上升而增加，因此發熱量也隨之增加。相應地，散熱量也隨固體電介質與周圍環境溫差的增加而增加。若在固體電介質能耐受的溫度下，發熱量與散熱量相等，則建立起了熱平衡，固體電介質正常工作；若發熱量始終大於散熱量，則固體電介質的溫度不斷上升，最終固體電介質發生炭化、熔化或開裂等現象，喪失絕緣性能，發生熱擊穿。
光擊穿
由於強雷射場的作用使透明介質中發生各種損傷，光擊穿是指強雷射引起雪崩電離導致擊穿引起的損傷，它區別於雷射直接加熱引起的損傷，後者稱為熱擊穿。
固體中的光擊穿的物理機制為： 固體中有少量準自由電子（熱激發到導帶上的電子，或由於多光子光致電離產生的電子），在雷射場中這些電子獲得能量，在與原子碰撞時使後者電離； 多次重複此過程，電子快速倍增，由於雪崩電離形成電漿；電漿加熱和膨脹形成衝擊波導致固體局部損傷，表現為漏斗狀的損傷徑跡(如為夾雜物引起的則為球狀)。
擊穿電壓
使電介質擊穿的電壓，電介質在足夠強的電場作用下將失去其介電性能成為導體，稱為電介質擊穿，所對應的電壓稱為擊穿電壓。電介質擊穿時的電場強度叫擊穿場強。不同電介質在相同溫度下，其擊穿場強不同。當電容器介質和兩極板的距離d一定後，由U1-U2=Ed知，擊穿場強決定了擊穿電壓。擊穿場強通常又稱為電介質的介電強度。提高電容器的耐壓能力起關鍵作用的是電介質的介電強度。附表為各種電介質的相對介電常量εr和介電強度。
電介質 | 相對介電常數 | 擊穿場強擊穿場強，1e6/(V/m) |
空氣 | 1.0005 | 3 |
水 | 78 | — |
雲母 | 3.7～7.5 | 80～200 |
玻璃 | 5～10 | 10～25 |
瓷 | 5.7～6.8 | 6～20 |
紙 | 3.5 | 14 |
電木 | 7.6 | 10～20 |
聚乙烯 | 2.3 | 50 |
二氧化鈦 | 100 | 6 |
氧化鉭 | 11.6 | 15 |
鈦酸鋇 | ～103～104 | 3 |
影響擊穿電壓的因素主要有：
(1) 電極的形狀 ，電極的曲率半徑越小，擊穿電壓越低，越容易放電。
(2)電極的極性，棒狀電極對平板電極放電時，當棒狀電極帶負電時，擊穿較困難，擊穿電壓高，帶正電時，擊穿電壓較低，容易發生擊穿。
(3)氣體的壓強降低或溫度升高時，由於電子動能變大，擊穿電壓降低，容易發生火花放電。
(4) 濕度增加可使擊穿電壓下降。
(5) 電壓的作用時間很短時，擊穿電壓較高。擊穿電壓越低，越容易發生火花放電，越容易成為可燃物的點火源。
