高电压技术：水分在普通气压和高气压条件下--对击穿电压的影响
这是一个非常专业且有趣的问题，它揭示了气体放电物理中不同条件下，水分子的双重角色。核心原因在于：在低气压（如常压空气）和高气压（如压缩空气）下，水分子对自由电子的“吸附”效应与对电场“畸变”效应的相对重要性发生了逆转。
下面我们分两种情况进行详细解释。
情况一：常压（或低气压）空气中，湿度增加，击穿电压提高
在这种情况下，起主导作用的是水分子的电子吸附效应。
击穿的本质：气体的电击穿始于自由电子在电场中被加速，获得足够能量后撞击气体分子，使其电离（称为“碰撞电离”），产生新的电子和正离子。这个雪崩过程导致电流急剧增大，形成击穿。任何能减少或阻碍自由电子数量的因素，都会提高击穿电压。
水分子的角色——高效的“电子捕捉器”：
水分子（H₂O）是强极性分子，它具有很强的电子亲和作用（即吸附电子的能力）。
当自由电子在电场中运动时，很容易被这些水分子捕获，形成行动缓慢的负离子。
这个过程被称为“电子附着”：
e⁻ + H₂O + M → H₂O⁻ + M(M代表其他分子，用于带走多余的能量)
最终效果：
空气中湿度越高，水分子数量越多，对自由电子的吸附作用就越强。
大量自由电子被“捕获”后，参与碰撞电离的有效电子数量急剧减少。
为了重新达到能够产生电子雪崩的临界条件，就必须施加更高的电压，即击穿电压升高。
总结一：在常压空气中，湿度增加 → “电子吸附效应”占主导 → 自由电子减少 → 碰撞电离困难 → 击穿电压提高。
情况二：高气压（压缩空气）中，湿度增加，击穿电压下降
在这种情况下，起主导作用的是水分子的电场畸变效应和促进电离效应。
压缩空气的背景：
将空气压缩后，气体密度显著增大，电子的平均自由程（两次碰撞间自由运动的距离）变短。
此时，“电子吸附效应”已经非常显著。即使是干燥的压缩空气，由于其本身密度高，电子不易加速，击穿电压已经远比常压空气高。水分子带来的额外吸附效应在此基础上的相对提升并不明显。
水分子的新角色——破坏绝缘的“特洛伊木马”：
a. 降低气体密度：在相同的压力和温度下，湿空气的密度低于干空气。因为水蒸气的分子量（18）远小于氮气（28）和氧气（32）。密度的轻微降低意味着电子的平均自由程略有增加，使其更容易被加速，这不利于绝缘。
b. 电场畸变与分子解离：这是最主要的原因。水分子是极性分子，在高压电场中，它们会极化并聚集在电场强度较高的区域（如电极表面的毛刺处）。这会导致局部电场发生畸变和增强，更容易引发初始的电子发射。
更重要的是，水分子（H-O-H）的化学键比氮气（N≡N）和氧气（O=O）的三键和双键更容易被打破（解离）。在电场中，水分子更容易发生电离，提供了额外的带电粒子，促进了放电通道的形成。
总结二：在压缩空气中，密度效应本身已使吸附饱和，湿度增加 → “电场畸变与易电离效应”占主导 → 局部电场增强、提供易电离粒子 → 更容易引发击穿 → 击穿电压下降。
类比与总结
| 条件 | 主导机制 | 水分子角色 | 对击穿电压影响 |
|---|---|---|---|
| 常压/低气压空气 | 电子吸附效应 | “电子海绵” | 提高 |
| 高气压/压缩空气 | 电场畸变与易电离效应 | “电场扰动者” & “电离催化剂” | 降低 |
您可以这样形象地理解：
在空旷地带（常压），来几个警察（水分子）可以轻松抓住几个捣乱分子（自由电子），维持秩序（提高击穿电压）。
在已经非常拥挤且管理严格的监狱（压缩空气），再安插几个不可靠的狱警（水分子），他们反而可能成为内应，扭曲规则（畸变电场），帮助越狱（降低击穿电压）。
因此，在工程上，对于使用压缩空气或SF₆气体作为绝缘的高压设备（如GIS），都必须严格控制其水分含量，以防止其绝缘性能因湿度过高而劣化。
个人：这个比喻，很奇妙。