重擊穿概率

重擊穿放電具有隨機性，因此，在說明不同電壓等級下的重擊穿概率時，重擊穿發(fā)生概率按如下步驟進行計算：在每一電壓等級下，電流保持50A不變，反復進行50次分斷電弧實驗；根據(jù)電弧電壓曲線結(jié)合高速攝像機拍攝到的電弧圖片現(xiàn)象判斷是否發(fā)生重擊穿；出現(xiàn)前文描述的兩類重燃的任何一種情況則計為該次分斷發(fā)生重燃，單次分斷電弧中出現(xiàn)多次重燃按一次重燃進行統(tǒng)計。

重燃概率P計算公式為：P=N₀/N

式中，N₀為重擊穿出現(xiàn)的次數(shù)；N為相同條件實驗的次數(shù)（50次）。

圖3為觸頭間施加不同電壓下，重燃發(fā)生概率的統(tǒng)計。由圖3可見，電壓由300V提高到800V，重擊穿發(fā)生的的概率從24%提高到82%。隨著電壓的增大，發(fā)生重擊穿的概率明顯變大。

根據(jù)電弧運動過程中，弧柱所經(jīng)過區(qū)域重擊穿放電發(fā)生的空間位置，在綜合考慮電弧等離子體電極屬性基礎上，將重擊穿分為以下兩種：

觸頭間隙的重擊穿

包括陽極側(cè)重擊穿、陰極側(cè)重擊穿及混合重擊穿，如圖1所示。觸頭間的重擊穿造成電弧電壓大幅驟降，嚴重增加燃弧時間，加劇觸頭的侵蝕，縮短開關電器的電壽命。

觸頭與電弧等離子體之間的重擊穿

電弧等離子體與觸頭之間的擊穿放電形成放電通道，電弧呈局部分叉的形態(tài)，如圖2所示。這種重擊穿是直流大功率繼電器橋式雙斷點觸頭中特有的現(xiàn)象。該重擊穿會對觸頭邊緣造成嚴重燒蝕，同時在滅弧室內(nèi)形成大面積燒弧區(qū)域，給直流大功率繼電器滅弧室內(nèi)部其他零部件帶來嚴重侵蝕甚至爆炸的隱患。

電弧是開關電器使用中不可回避的一種現(xiàn)象，電弧的產(chǎn)生會嚴重侵蝕觸頭，甚至會燒毀觸頭或使觸頭熔焊，造成可靠性降低或接觸失效，縮短開關電器的使用壽命 。當開關電器動靜觸頭分開時會在觸頭間的介質(zhì)中產(chǎn)生電弧，隨后電弧在外界磁場的作用下使弧根在電極上快速移動，弧柱逐漸拉長、彎曲變形，并最終熄滅。在電弧的弧柱變形、運動過程中，觸頭間隙或附近區(qū)域會出現(xiàn)局部的重擊穿放電現(xiàn)象。弧隙重擊穿，將延長燃弧時間，是增加觸頭磨損、降低電壽命及可靠性的重要影響因素。因此，對重擊穿過程和產(chǎn)生機理的認識，可進一步提高電器滅弧性能，縮短燃弧時間，提高產(chǎn)品的使用壽命和可靠性。

電壓對重擊穿過程影響

圖4為不同電壓下觸頭間預擊穿導電通道形成時刻軸向電子密度分布，隨著電壓的增加，弧隙預擊穿導電通道形成時刻的電子密度明顯增大。由圖4可見，電壓由400V增加到500V時，軸向電子密度峰值增加。

觸頭間電壓增加一方面導致預擊穿階段近極區(qū)鞘層區(qū)域內(nèi)電場強度變大，有利于電子經(jīng)過鞘層過程中快速積累能量，導致電子碰撞電離的加劇，電子濃度增加，促進電子崩的發(fā)展，二次電子崩更容易發(fā)生，維持了碰撞電離發(fā)展，有利于重擊穿的形成。另一方面，觸頭間電壓增加同時也造成了預擊穿階段近極區(qū)鞘層區(qū)域承受的電壓相應增大，鞘層被擊穿的概率增加，這將增加預擊穿放電通道轉(zhuǎn)變?yōu)殡娀》烹姷目赡苄?。因此，隨著電壓的增加，重擊穿發(fā)生的概率將變大。

溫度對重擊穿過程影響

電弧運動過程中，弧柱所經(jīng)過區(qū)域的初始溫度是重擊穿放電形成的重要影響因素之一。隨著溫度的增加，電子的無序性加強，電子與其他粒子發(fā)生碰撞的幾率增加，發(fā)生電離的概率增大，產(chǎn)生電子、正離子等帶電粒子的密度大幅增加。由圖5可見，隨著初始溫度的增加，軸向電子密度增大。在近極區(qū)形成穩(wěn)定的正離子鞘層，鞘層區(qū)域的電子數(shù)密度相對較低。原因是電極表面因金屬屑、毛刺或倒角等形成局部強電場，引起電極表面場電子發(fā)射，電子通過正離子鞘層的加速到達預擊穿導電通道區(qū)域。由于放電是在大氣壓條件下進行，碰撞電離后的電子、離子和中性粒子溫度近似相等。當弧柱所經(jīng)過區(qū)域的初始溫度增加時，殘留高溫氣體、殘留局部電離氣體及金屬蒸氣使重擊穿過程中的電離程度得到了加強，導電通道內(nèi)高密度粒子使電子在運動過程中更容易獲得能量，高能粒子大幅增加。大量高能電子會增加電離的概率，促進局部擊穿放電的發(fā)生和發(fā)展，對電弧弧柱所經(jīng)過區(qū)域的介質(zhì)強度恢復造成了不利條件。

在強電場作用下，電介質(zhì)喪失電絕緣能力的現(xiàn)象。分為固體電介質(zhì)擊穿、液體電介質(zhì)擊穿和氣體電介質(zhì)擊穿3種。