一、真空的基本概念
真空技術(shù)中，“真空”泛指在給定的空間內，氣體壓強低于一個(gè)大氣壓的氣體狀態(tài)，也就是說(shuō)，同正常的大氣壓相比，是較為稀薄的一種氣體狀態(tài)。
真空度是對氣體稀薄程度的一種客觀(guān)量度。根據真空技術(shù)的理論，真空度的高低通常都用氣體的壓強來(lái)表示。在國際單位制中，壓強是以帕(Pa)為單位1Pa=1N/m2。另外常用的單位還有托(Torr)、毫米汞柱(mmHg)、毫巴 (mbar)、工程大氣壓(公斤／厘米2)等。
真空區域的劃分沒(méi)有統一規定，我國通常是這樣劃分的：
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(guān)系：1 托=1 毫米汞柱(mmHg)=133.322Pa，1 帕=7.5×10-3 托。
真空區域的特點(diǎn)不同其應用也不同，例如吸塵器工作于粗真空區域，暖瓶、燈泡等工作于低真空區域，而真空開(kāi)關(guān)管和其它一些電真空器件則是工作在高真空區域。
二、真空間隙的絕緣特性
真空中放置一對電極，加上高壓時(shí)，在一定的電壓下也會(huì )產(chǎn)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�？諝庵械膿舸┦怯捎跉怏w中的少量自由電子在電場(chǎng)作用下高速度運動(dòng)，與氣體分子碰撞產(chǎn)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(chǎn)生更多的電子和離子。這種雪崩式的電離過(guò)程，在電極間形成了放電通道，產(chǎn)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(huán)境中，即使電極間隙中存在著(zhù)電子，它們從一個(gè)電極飛向另一個(gè)電極時(shí)，也很少有機會(huì )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(chǎng)致發(fā)射等其它現象時(shí)才有可能形成。從理論上推測，電場(chǎng)強度需達到108V/cm以上時(shí)才會(huì )造成電擊穿，實(shí)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(gè)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(shí)真空間隙的絕緣強度遠遠高于1 個(gè)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(kāi)距只有8～12mm，40.5kV 真空滅弧室的觸頭開(kāi)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(gè)十分復雜的物理過(guò)程，其機理到目前為止仍沒(méi)有明確的結論。從實(shí)際應用情況來(lái)看，主要有以下幾個(gè)方面：
1、電極的幾何形狀
電極的幾何形狀對電場(chǎng)的分布有很大的影響，往往由于幾何形狀不夠恰當，引起電場(chǎng)在局部過(guò)于集中而導致?lián)舸�，這一點(diǎn)在高電壓的真空產(chǎn)品中尤其突出。
電極邊緣的曲率半徑大小是重要因素。一般來(lái)說(shuō)，曲率半徑大的電極承受擊穿電壓的能力比曲率半徑小的大。
此外，擊穿電壓還和電極面積的大小成反比，即隨著(zhù)電極面積的增大而有所降低。面積增大導致耐壓降低的原因主要是放電概率增加。
2、間隙距離
真空的擊穿電壓與間隙距離有著(zhù)比較明確的關(guān)系。試驗表明，當間隙距離較小時(shí)（≤5mm），擊穿電壓隨著(zhù)間隙距離的增加而線(xiàn)性增長(cháng)，但隨著(zhù)間隙距離的進(jìn)一步增加，擊穿電壓的增長(cháng)減緩，即真空間隙發(fā)生擊穿的電場(chǎng)強度隨著(zhù)間隙距離的增加而減小。當間隙達到一定的長(cháng)度后（≥20mm），單靠增加間隙距離提高耐壓水平已經(jīng)十分困難，這時(shí)采用多斷口反而比單斷口有利。
一般認為短間隙下的電擊穿主要是場(chǎng)致發(fā)射引起的，而長(cháng)間隙下的的電擊穿則主要是微粒效應所致。
3、電極材料
真空開(kāi)關(guān)工作在10-2Pa以上的高真空，由于此時(shí)氣體分子十分稀少，氣體分子的碰撞游離對擊穿已經(jīng)不起作用，因此擊穿電壓表現出和電極材料有較強的相關(guān)性。
真空間隙的擊穿電壓隨著(zhù)電極材料的不同而不同，研究者發(fā)現擊穿電壓和材料的硬度與機械強度有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，硬度和機械強度較高的材料，往往有較高的絕緣強度。比如，鋼電極在淬火后硬度提高，其擊穿電壓較淬火前可提高80%。
此外，擊穿電壓還和陰極材料的物理常數如熔點(diǎn)、比熱和密度等正相關(guān)，即熔點(diǎn)較高的材料其擊穿電壓也較高。對比熱和密度而言亦然。這一問(wèn)題的實(shí)質(zhì)是在相同熱能的作用下，材料發(fā)生熔化的概率越大，則擊穿電壓越低。
4、真空度
圖一顯示了間隙擊穿電壓和氣體壓強之間的關(guān)系。由圖可以看到真空度高于10-2Pa（10-4托）時(shí)，擊穿電壓基本上不再隨著(zhù)氣體壓力的下降而增大，因為氣體分子碰撞游離現象已不再起作用。當氣體壓力從l0-2Pa逐步升高時(shí)(真空度下降)，擊穿強度逐漸下降，而在接近1托(102Pa左右)最低，以后又隨氣壓的增高而增高。從曲線(xiàn)上可以看出真空度高于10-2Pa時(shí)其耐壓強度基本上保持不變。這就表明，真空滅弧室的真空度在10-2Pa以上時(shí)完全能夠滿(mǎn)足正常的使用需求。
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(zhì)和金屬微粒都會(huì )使真空間隙的擊穿電壓明顯下降。
此外，無(wú)論真空滅弧室的電極表面在制造中加工得如何，大電流開(kāi)斷均會(huì )使電極表面變得凸凹不平，這也將使得擊穿電壓降低。
6、老煉效應
電極老煉有電壓老煉和電流老煉兩種。
一個(gè)新的真空間隙進(jìn)行試驗時(shí)，最初幾次的擊穿電壓往往較低。隨著(zhù)試驗次數的增加擊穿電壓也逐漸增大，最后會(huì )穩定在某一數值上。這種擊穿電壓隨擊穿次數增大的現象就是電壓老煉的作用。
電壓老煉就是通過(guò)放電消除電極表面的微觀(guān)凸起、雜質(zhì)和缺陷。經(jīng)過(guò)小電流的放電使表面的微觀(guān)凸起點(diǎn)燒熔、蒸發(fā)，使電極表面光滑平整，局部電場(chǎng)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(fā)射容易出現在逸出功較低的雜質(zhì)所在處，擊穿放電同樣能使雜質(zhì)熔化和揮發(fā)，同樣能提高間隙的擊穿電壓。老煉過(guò)程中若能同時(shí)抽氣，把蒸發(fā)的氣態(tài)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(huì )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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