在極不均勻電場長氣隙中擊穿特性為什麼會有「飽和」現象？

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在極不均勻電場氣隙中，工頻交流電壓、操作衝擊電壓里隨著氣隙長度增大，棒-板氣隙平均擊穿場強明顯降低，存在「飽和」現象，可是為什麼會有這種現象呢？並且雷電衝擊電壓下是線性關係，這兩者有什麼關聯？

在極不均勻電場中，由於放電時延較長，通常衝擊係數要大於1。同時，擊穿電壓的分散

性也增大。在50%擊穿電壓下，當間隙較長時，擊穿通常發生在波尾。

標準雷電衝擊電壓波形下，棒一棒及棒一板空氣間隙的雷電衝擊50%擊穿電壓和間隙距離

的關係見下圖：

此圖摘自孫鵬、馬少華版的《電器學》，在P93。

圖中的縱坐標是百分之50的擊穿電壓，即U50。圖中右下方是擊穿電壓的表達式。

我們由圖中可以看到：

（1）雷電衝擊50%擊穿電壓的棒一板間隙的擊穿電壓存在明顯的極性效應，而棒一棒間隙的極性效應相對較小。

2、3曲線為棒-棒間隙，1、4為棒-板間隙。

（2）從曲線看，未見到有所謂的飽和現象。

在工程上，計算正棒-負板空氣間隙的50%擊穿電壓最小值的公式是：

$U_{50min} =frac{3.4}{1+frac{8}{d} } (MV)$

此式中，d是間隙的距離，單位是m。

謝浩哥 @BigBoss 邀！

[1] 梁曦東, 周遠翔, 曾嶸. 高電壓工程. 2版. [M]. 北京: 清華大學出版社, 2015. p.62

雷電衝擊下基本無飽和，但工頻及操作衝擊下是有飽和的.

在電壓施加的時間相對較長的情況下，間隙之間會形成先導放電,即放電路徑不能完全貫穿整個間隙的放電。先導放電的形成類似於縮短了放電間隙的長度，從而抑制了放電電壓的提高。

雷電衝擊下，由於作用時間短，先導無法形成，就保持了擊穿電壓和放電間隙之間的正比例關係。

還是那句話，沒有擊穿不了的介質，只有不努力的電壓.

推薦讀物：

《高電壓絕緣技術》嚴璋朱德恆電力工業出版社 2001 ----第二章氣體擊穿的理論分析及空氣絕緣

此書乃西交跟清華兩校高壓專業共同編寫，涉及介質物理，絕緣結構，絕緣試驗，覆蓋面極廣，建議收藏。

個人的理解（僅僅是因為懶得去翻資料了）是

因為在慢脈衝（操作、工頻）電壓作用下，空氣間隙的擊穿經歷了電離、電子崩、流注甚至是先導放電的過程。而流注和先導放電中其通道是等離子體，電導率很高，等效把棒電極的電勢延伸到流注頭部，不再需要更高的電壓來提供足夠的電場強度產生電離。並且流注前端的空間電荷也會加強這個過程。

因此在長間隙慢脈衝放電過程中，影響擊穿電壓的主要是棒電極（和流注頭部）的電場強度，而和整個間隙的電場強度關係不大。如果你有基本的電磁理論就應該知道，在極不均勻電場中，某電壓作用下棒（針）電極附近的電場強度vs間隙變化也是隨著電極的增加而越來越飽和的。

而雷電作用下肯定也有飽和趨勢，只不過沒那麼明顯，因為放電機理是一樣的，只不過在工程應用的範圍內我們觀察不到而已。