一、真空的基本概念
真空(kong)技術中，“真空(kong)”泛指在給定的(de)(de)空(kong)間內，氣體壓強低(di)于(yu)一個大氣壓的(de)(de)氣體狀(zhuang)態，也就是(shi)說，同正常的(de)(de)大氣壓相比，是(shi)較為稀薄的(de)(de)一種氣體狀(zhuang)態。
真空度(du)是對(dui)氣(qi)(qi)體稀薄(bo)程(cheng)度(du)的一種客觀量度(du)。根據真空技術(shu)的理論，真空度(du)的高(gao)低通常都用氣(qi)(qi)體的壓強(qiang)來表示。在國際單位(wei)(wei)制中，壓強(qiang)是以帕(Pa)為單位(wei)(wei)1Pa=1N/m2。另(ling)外常用的單位(wei)(wei)還有托(Torr)、毫米汞柱(mmHg)、毫巴 (mbar)、工程(cheng)大氣(qi)(qi)壓(公斤／厘米2)等。
真空(kong)區(qu)域的(de)劃(hua)分(fen)沒有統一規(gui)定，我國(guo)通常是這樣(yang)劃(hua)分(fen)的(de)：
粗真空：(760～10)托
低真空：(10～10-3)托
高真空：(10-3～10-8)托
超高真空：(10-8～10-12)托
極高真空：10-12托
托和帕的關系：1 托=1 毫米汞柱(mmHg)=133.322Pa，1 帕=7.5×10-3 托。
真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)(kong)區(qu)(qu)域(yu)的特點不(bu)同其應用(yong)也不(bu)同，例如吸塵(chen)器(qi)工作于(yu)粗真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)(kong)區(qu)(qu)域(yu)，暖瓶、燈泡等工作于(yu)低真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)(kong)區(qu)(qu)域(yu)，而(er)真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)(kong)開關管和其它一(yi)些電真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)(kong)器(qi)件則是工作在(zai)高(gao)真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)(kong)區(qu)(qu)域(yu)。
二、真(zhen)空間(jian)隙的(de)絕緣特性
真空中放置一對電極，加上高壓時，在一定的電壓下也會產生電極之間的電擊穿。它的擊穿與空氣中的電擊穿有很大不同。空氣中的擊穿是由于氣體中的少量自由電子在電場作用下高速度運動，與氣體分子碰撞產生較多的電子和離子，新生的電子和離子又同中性原子碰撞，產生更多的電子和離子。這種雪崩式的電離過程，在電極間形成了放電通道，產生了電弧。而真空中，由于壓強較低，氣體分子極少，在這樣的環境中，即使電極間隙中存在著電子，它們從一個電極飛向另一個電極時，也很少有機會與氣體分子碰撞。因而不可能有電子和氣體分子碰撞造成雪崩式的電擊穿。正是因為氣體分子十分稀少，真空間隙電擊穿需要在非常高的電壓下出現場致發射等其它現象時才有可能形成。從理論上推測，電場強度需達到108V/cm以上時才會造成電擊穿，實際上真空間隙的絕緣強度由于一系列不利因素例如電極表面粗糙度、潔凈度等的影響，將低于理論計算值幾個數量級。
真空滅弧室中的真空度很高，一般為10-3～10-6 帕，此時真空間隙的絕緣強度遠遠高于1 個大氣壓的空氣和SF6 的絕緣強度，比變壓器油的絕緣強度還要高。正因為真空的絕緣強度很高，真空滅弧室中的所有電氣間隙都可以做得很小。例如12kV 真空滅弧室的觸頭開距只有8～12mm，40.5kV 真空滅弧室的觸頭開距也只要18～25mm，真空滅弧室中的其它電氣間隙也在此尺度范圍。
三、影響真空絕緣水平的主要因素
真空絕緣是一個十分復雜的物理過程，其機理到目前為止仍沒有明確的結論。從實際應用情況來看，主要有以下幾個方面：
1、電極的幾何形狀
電(dian)(dian)極的幾何(he)形狀(zhuang)對電(dian)(dian)場的分布有很(hen)大的影響(xiang)，往(wang)往(wang)由于幾何(he)形狀(zhuang)不夠恰當，引起電(dian)(dian)場在局部過于集中而導致擊穿(chuan)，這一點在高電(dian)(dian)壓的真(zhen)空產品中尤其突出。
電(dian)(dian)極邊緣的(de)曲率半(ban)徑(jing)大(da)小是重(zhong)要因(yin)素。一般來說，曲率半(ban)徑(jing)大(da)的(de)電(dian)(dian)極承受擊穿電(dian)(dian)壓的(de)能力比曲率半(ban)徑(jing)小的(de)大(da)。
此外，擊穿電(dian)(dian)(dian)壓還和電(dian)(dian)(dian)極面積的大(da)小成反比，即(ji)隨著電(dian)(dian)(dian)極面積的增(zeng)大(da)而有(you)所降(jiang)低。面積增(zeng)大(da)導致耐壓降(jiang)低的原因主要是(shi)放電(dian)(dian)(dian)概率(lv)增(zeng)加。
2、間隙距離
真空(kong)的(de)(de)擊(ji)穿(chuan)電(dian)壓(ya)(ya)與間隙(xi)(xi)距(ju)(ju)離(li)(li)有著(zhu)(zhu)比較明確的(de)(de)關系。試(shi)驗表(biao)明，當間隙(xi)(xi)距(ju)(ju)離(li)(li)較小時（≤5mm），擊(ji)穿(chuan)電(dian)壓(ya)(ya)隨著(zhu)(zhu)間隙(xi)(xi)距(ju)(ju)離(li)(li)的(de)(de)增(zeng)(zeng)加(jia)而(er)線(xian)性(xing)增(zeng)(zeng)長(chang)，但隨著(zhu)(zhu)間隙(xi)(xi)距(ju)(ju)離(li)(li)的(de)(de)進一步增(zeng)(zeng)加(jia)，擊(ji)穿(chuan)電(dian)壓(ya)(ya)的(de)(de)增(zeng)(zeng)長(chang)減緩，即(ji)真空(kong)間隙(xi)(xi)發(fa)生擊(ji)穿(chuan)的(de)(de)電(dian)場(chang)強度(du)隨著(zhu)(zhu)間隙(xi)(xi)距(ju)(ju)離(li)(li)的(de)(de)增(zeng)(zeng)加(jia)而(er)減小。當間隙(xi)(xi)達到一定(ding)的(de)(de)長(chang)度(du)后（≥20mm），單(dan)靠增(zeng)(zeng)加(jia)間隙(xi)(xi)距(ju)(ju)離(li)(li)提高耐壓(ya)(ya)水平已經十(shi)分困難，這時采用(yong)多斷(duan)口(kou)(kou)反而(er)比單(dan)斷(duan)口(kou)(kou)有利。
一般認(ren)為短間隙(xi)下的(de)電(dian)擊(ji)穿(chuan)主要是場致發射引起(qi)的(de)，而長間隙(xi)下的(de)的(de)電(dian)擊(ji)穿(chuan)則主要是微粒效應所(suo)致。
3、電極材料
真空開關工作在10-2Pa以上的高(gao)真空，由于(yu)此時氣(qi)體(ti)分(fen)子(zi)十分(fen)稀少，氣(qi)體(ti)分(fen)子(zi)的碰撞游離對(dui)擊穿(chuan)已經(jing)不起(qi)作用，因此擊穿(chuan)電壓表現(xian)出和電極材料有(you)較強的相(xiang)關性。
真空間(jian)隙的(de)擊穿電(dian)壓隨著電(dian)極材(cai)料的(de)不同(tong)而(er)不同(tong)，研究者發(fa)現擊穿電(dian)壓和材(cai)料的(de)硬(ying)度(du)與(yu)機(ji)械(xie)強度(du)有(you)(you)關。一(yi)般來說，硬(ying)度(du)和機(ji)械(xie)強度(du)較高的(de)材(cai)料，往往有(you)(you)較高的(de)絕緣強度(du)。比如(ru)，鋼電(dian)極在淬(cui)火后(hou)硬(ying)度(du)提(ti)高，其擊穿電(dian)壓較淬(cui)火前可提(ti)高80%。
此外，擊穿電(dian)壓還(huan)和(he)陰極材(cai)(cai)料的(de)物理常(chang)數(shu)如熔(rong)點、比熱(re)和(he)密(mi)度(du)等正相關，即熔(rong)點較高(gao)的(de)材(cai)(cai)料其(qi)擊穿電(dian)壓也(ye)較高(gao)。對比熱(re)和(he)密(mi)度(du)而言亦然。這一問題的(de)實(shi)質是在相同熱(re)能的(de)作用下，材(cai)(cai)料發生(sheng)熔(rong)化的(de)概(gai)率越(yue)大，則(ze)擊穿電(dian)壓越(yue)低。
4、真空度
圖一顯示了間(jian)隙(xi)擊穿電(dian)壓(ya)(ya)和氣體(ti)(ti)壓(ya)(ya)強之(zhi)間(jian)的關系。由圖可(ke)以看到真(zhen)(zhen)(zhen)空度(du)高于10-2Pa（10-4托）時(shi)(shi)(shi)，擊穿電(dian)壓(ya)(ya)基本上不(bu)再隨著氣體(ti)(ti)壓(ya)(ya)力(li)(li)的下(xia)降而增大(da)，因為(wei)氣體(ti)(ti)分子碰撞游離現象(xiang)已不(bu)再起作用。當氣體(ti)(ti)壓(ya)(ya)力(li)(li)從(cong)l0-2Pa逐步(bu)升高時(shi)(shi)(shi)(真(zhen)(zhen)(zhen)空度(du)下(xia)降)，擊穿強度(du)逐漸下(xia)降，而在接(jie)近1托(102Pa左右)最(zui)低，以后又隨氣壓(ya)(ya)的增高而增高。從(cong)曲線上可(ke)以看出真(zhen)(zhen)(zhen)空度(du)高于10-2Pa時(shi)(shi)(shi)其耐壓(ya)(ya)強度(du)基本上保持不(bu)變(bian)。這就表明，真(zhen)(zhen)(zhen)空滅弧室的真(zhen)(zhen)(zhen)空度(du)在10-2Pa以上時(shi)(shi)(shi)完全能夠滿(man)足正常(chang)的使用需求。
5、電極的表面狀況
電極的表面狀況對真空間隙的擊穿電壓影響較大。電極表面的氧化物、雜質和金屬微粒都會使真空間隙的擊穿電壓明顯下降。
此外，無論真空滅弧(hu)室的電極表面在制造中加工(gong)得如何，大(da)電流開斷均會(hui)使(shi)電極表面變得凸凹不平(ping)，這也將使(shi)得擊穿電壓(ya)降低。
6、老煉效應
電極老(lao)煉(lian)有電壓老(lao)煉(lian)和電流老(lao)煉(lian)兩(liang)種。
一(yi)個新的真空間隙進行試(shi)驗(yan)時，最(zui)初幾(ji)次(ci)的擊(ji)穿電(dian)壓往往較低(di)。隨著試(shi)驗(yan)次(ci)數(shu)的增加擊(ji)穿電(dian)壓也(ye)逐漸增大(da)，最(zui)后會穩定(ding)在(zai)某(mou)一(yi)數(shu)值上。這(zhe)種(zhong)擊(ji)穿電(dian)壓隨擊(ji)穿次(ci)數(shu)增大(da)的現象就(jiu)是電(dian)壓老(lao)煉的作用。
電壓老煉就是通過放電消除電極表面的微觀凸起、雜質和缺陷。經過小電流的放電使表面的微觀凸起點燒熔、蒸發，使電極表面光滑平整，局部電場的增強效應減小，提高了擊穿電壓。老煉對電極表面的純化作用也是很重要的。由于電極表面的電子發射容易出現在逸出功較低的雜質所在處，擊穿放電同樣能使雜質熔化和揮發，同樣能提高間隙的擊穿電壓。老煉過程中若能同時抽氣，把蒸發的氣態物抽走，效果更佳。電壓老煉只適宜用在真空間隙擊穿電壓的提高，對真空滅弧室觸頭間隙擊穿電壓的提高不會有太大的效果。電弧對觸頭表面的燒損將使電壓老練的效果全部失效。
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