高电压课件 第三章 气隙的电气强度
第三章 气隙的电气强度
第三章气隙的电气强度第三章气隙的电气强度本章节的教学内容要求：冲击电压下的气息击穿：标准波形，放电时间，伏秒特性及其实际意义，50%冲击击穿电压，放电的分散性。
大气条件的影响及换算方法，提高气体间隙击穿的措施沿面放电：均匀与不均匀电场中沿面放电的基本过程和影响因素分析，提高沿面放电电压的方法。
§3－1气隙的击穿时间静态击穿电压：长时间作用在气隙上能使得气隙击穿的最低电压。
如果所加电压的瞬时值是变化的，或者所加电压的延续时间很短，则该气隙的击穿电压就不同于静态击穿电压（一般高于）静态击穿电压。
所以，应该说，对于某一气隙，当不同波形的电压作用时，将有相应不同的击穿时间和击穿电压。
一．静态击穿电压Ｕ0使气隙击穿的最小电压二．击穿时间tb从加压的瞬时起到气隙完全击穿为止的总时间由三部分组成１．ｔ0 （升压时间）：电压从零升到静态击穿电压Ｕ0所需的时间２．ｔs （统计时延）：从电压达到Ｕ0 的瞬时起到气隙中形成第一个有效电子为止的时间。
３．ｔf （放电形成（发展）时延）从产生第一个有效电子的瞬时到气隙完全被击穿为止的时间这里所讲的有效电子是指该电子能发展一系列的电离过程，最后导致间隙完全击穿的那个电子。
气隙中出现的自由电子并不一定能成为有效的电子（有效电子－－能发展一系列的游离过uU程，最后导致间隙完全击穿的那个电子）。
这是因为下列原因：有效电子：形成负离子扩散到间隙外游离中途衰亡４．tl （放电时延）：ｔl ＝ｔs ＋ｔftl 的特点：根据电场的不同，ｔl具有分散性和随机性（1）在短间隙、均匀场中ｔf〈〈ｔs→ｔl ＝ｔs即：均匀电场的放电时延ｔl 主要是产生有效电子的时间，ｔs的长短具有统计性质，可取其平均值，称为平均统计时延。
影响ｔs的因素：电极材料、外施电压、短波光照射、电场情况（2）在长间隙不均匀场中，由于电场的不均匀性容易产生有效电子，使ｔf 〉〉ｔs →ｔl ＝ｔf即：不均匀长间隙电场中，先导放电的发展占放电时延的主要部分影响ｔf 的因素：间隙长度、电场均匀度、外加电压§3-2气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布一．标准试验电压波形对于不同性质、不同波形的电压，气隙的击穿电压是不同的。
气隙的电气强度PPT讲稿
3.3 大气条件对气隙击穿电压的影响
大气条件对气隙击穿电压的影响
空气密度增大时，空气中自由电子的平均自由行程 缩短，不易造成碰撞电离，所以空气间隙的击穿电压 升高。 空气的湿度增加时，由于水蒸气是电负性气体，易 俘获自由电子形成负离子，使电离减弱，所以空气间 隙的击穿电压升高。 在湿度较大时，绝缘子的闪络电压可能出现随湿度 增加而降低的情况
验
求
取
方
法
伏秒特性的形状决定于电极间气隙的电场分布
3.2 气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布
伏 秒 特 性 曲 线 的 工 程 应 用
3.2 气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布
伏 秒 特 性 曲 线 的 工 程 应 用
3.3 大气条件对气隙击穿电压的影响
3.3 大气条件对气隙击穿电压的影响
大气条件：气温、气压、湿度
3.5 不均匀电场气隙的击穿电
压
操作冲击下的击穿电压
饱和现象显著
3.5 不均匀电场气隙的击穿电
压
操作冲击下的击穿电压
分散性大
3.6 提高气隙击穿电压的方法
途径：
1. 改善气隙中的电场分布，使其分 布均匀；
2. 设法削弱和抑制气体介质中的电 离过程。
3.6 提高气隙击穿电压的方法
改善电场分布的具体方法
抑制电离的具体方法
采用高真空 采用高气压 采用强电负性气体
3.6 提高气隙击穿电压的方法
抑制电离的具体方法
采用高真空
Ub
10 2
10 2
p / Pa 106
• 接近真空阶段： 碰撞电离的几率
《高电压技术系列ppt》--气隙的电气强度
§3-4 较均匀电场气隙的击穿电压
一、均匀电场气隙的击穿特性 在工程实践中很少遇到极间距离很大的均匀电场气隙， 因为在这种情况下，为了消除边缘效应，必须将电极的尺寸 选得很大，这是不现实的。因此对于均匀电场气隙，通常只 有极间距离不大时的击穿电压实测数据。 均匀电场中，电场对称，故击穿电压与电压极性无关。由 于气隙各处的场强大致相等，不可能出现持续的局部放电，故 气隙的击穿电压就是起始放电电压。 均匀电场的气隙距离不可能很大，各处场强又大致相等，故 从自持放电开始到气隙完全击穿所需的时间极短，因此，在不同 电压波形作用下，其击穿电压实际上都相同，且其分散性很小。
气隙的电气强度首先取决于电场形式。在常态的 空气中要引起碰撞电离、电晕放电等物理过程所需要 的电场强度约为30kV/cm左右。因此在均匀或稍不均 匀电场中空气的击穿场强即为30kV/cm左右；而在极 不均匀电场的情况下，局部区域的电场强度达到 30kV/cm左右时，就会在该区域先出现局部的放电现 象（电晕），这时其余空间的电场强度还远远小于 30kV/cm，如果所加电压提高，放电区域将随之扩大， 甚至转入流注和导致整个气隙的击穿，这时空气间隙 的平均场强仍远远小于30kV/cm，可见气隙的电场形 式对击穿特性有着决定性的影响。
1、直流电压 电压值为平均值； 脉动幅值为最大值与最小值之差的一半； 纹波系数为脉动幅值与平均值之比，小于3%。
2、工频交流电压 电压近似为正弦波； 峰值与有效值之比在 2 0.07 之内； 频率在45~65Hz范围内。
3、雷电冲击电压 IEC标准：全波和截波
(1) 标准雷电冲击电压波 用来模拟电力系统中 的雷电过电压波，采用非 周期性双指数波。如图 T1——视在波前时间 T2——视在半峰值时间 Um——冲击电压峰值
高电压技术3,4
四、采用高耐电强度气体 卤族元素的气体：六氟化硫（SF6）、氟里昂（CCl2F2）等 耐电强度比气体高的多，采用该气体或在其他气体中混入一 定比例的这类气体，可以大大提高击穿电压。 卤族物有高耐电强度的原因： ⑴卤族元素（尤其是F和CL）分子具有很强的电负性，易俘 获电子形成负离子，使电离能力很强的电子数减少，且 形成负离子以后，易与正离子相复合。 ⑵这些气体的分子量较大，分子直径较大，使电子在其中的 自由程缩短，不易积聚能量，从而减小了其撞击电离的 能力。
（四）操作冲击电压作用下 1.波形的影响：一般均指“正极性”情况。
图3-5-8 不同性质电压作用下棒—板气隙 的击穿电压与气隙距离的关系
2.饱和现象：长气隙在操作电压作用下呈现显著的“饱和现 象”。
图3-5-9棒—棒和棒-板间隙的操作冲击击穿电压
3.分散性大
（五）叠加性电压作用下 工程实际中，作用在气隙上的电压常常是由不同性质电压叠 加的，而不是单一性质的。注意：同一气隙对叠加性电压的、 耐受程度与对单一性电影的耐受程度是不同的。当工作电压是 稳态直流时，两者的差异更显著。
§3.5提高气隙击穿电压的方法
一、改善电场分布 一般说来，电场分布越均匀，气隙的击穿电压就越高。 故如能适当地改进电极形状．增大电极的曲率半径，改善电 场分布，就能提高气隙的击穿电压。 不仅要注意改善高压电极的形状以降低该电极旁边的局 部强场，还要注意改善接地电极和中间电极的形状，以降低 该电极旁边的局部场强。 常用办法：增大电极的曲率半径（简称屏蔽）。
高耐电强度气体除了具有较高的耐电强度以外，还应具有较好 的物理化学性能，才能在工程上得到广泛应用。如： ⑴液化温度要低。在大气压力下和常温下是液态的物质，不能 采用。(如CCL4在大气压力下和常温下是液态) ⑵有良好的化学稳定性。不易腐蚀其他材料，不易燃，不易爆， 无毒，即使在放电的过程中也不易分解等。 ⑶对环境无明显的负面影响。（氟里昂对大气中的臭氧层有破 坏作用，故不能采用。） ⑷有实用的经济性，能大量的供应。 SF6气体得到了广泛的应用。用于高压断路器、高压充气电缆、 高压电容器等，以及用SF6绝缘的全封闭组合电器。
高电压课件第三章
高电压课件第三章3、电化学击穿对绝缘施加电压几个月甚至几年后，击穿场强仍在下降，这是由于介质长期加电压引起介质劣化。
绝缘劣化的主要原因往往是介质内气隙的局部放电造成的。
介质中可长期存在局部放电而并不击穿。
局部放电产生的活性气体如O3，NO，NO2等对介质将产生氧化和腐蚀作用，此外由于带电粒子对介质表面的撞击，也会使介质受到机械的损伤和局部的过热，导致介质的劣化。
空气隙的电容与气隙串联的介质电容绝缘完好部分的电容Cm>>Cg>>Cb局部放电的等效电路电极间加上瞬时值为u的交流电压时，Cg上的电压瞬时值ug为:气隙的放电电压气隙的放电熄灭电压真实放电量：视在放电量：不可测量真实放电量与视在放电量关系：单次局部放电的能量：（Ui为气泡放电时试品上的电压）二、影响固体介质击穿电压的主要因素电压作用时间电场均匀程度温度受潮累积效应第四节组合绝缘的特性一、油－屏障式绝缘油:主要绝缘介质，因为有很好的冷却作用。
屏障:改善油间隙中电场分布和阻止杂质小桥的形成。
粘浸渍电缆充油电缆油纸绝缘的直流击穿场强比交流击穿场强高得多因为直流电压作用下油与纸的场强分配比交流时合理覆盖绝缘层屏障油纸绝缘的形式：二、油纸绝缘油:填充空隙的浸渍剂。
纸:绝缘主体。
在极间绝缘距离d=d1+d2不变的情况下，增大ε2时使E2减小，但却使E1增大。
电场调整的方法采用分阶绝缘的电力电缆ε1>ε2>…>εn，且ε1r1=ε2r2=…=εnrn=常数。
离缆芯较远的介质层也能得到充分的利用，因此可使电缆尺寸缩小。
GIS中的环氧盘形支撑绝缘子采用等厚度的盘形支撑绝缘子时，沿面电位分布不均匀改变绝缘子形状使电力线发生折射，可以使介质界面上电位分布变均匀第三章液体和固体介质的电气特性液体介质和固体介质广泛用作电气设备的内绝缘。
应用得最多的液体介质是变压器；常见的固体介质有绝缘纸、纸板、云母、塑料等，常用于内绝缘；而用于制造绝缘子的固体介质有电瓷、玻璃、硅橡胶等。
第三章 气隙的电气强度
第三章 气隙的电气强度本章节的教学内容要求：冲击电压下的气息击穿：标准波形，放电时间，伏秒特性及其实际意义，50%冲击击穿电压，放电的分散性。
大气条件的影响及换算方法，提高气体间隙击穿的措施沿面放电：均匀与不均匀电场中沿面放电的基本过程和影响因素分析，提高沿面放电电压的方法。
§3－1气隙的击穿时间静态击穿电压：长时间作用在气隙上能使得气隙击穿的最低电压。
如果所加电压的瞬时值是变化的，或者所加电压的延续时间很短，则该气隙的击穿电压就不同于静态击穿电压（一般高于）静态击穿电压。
所以，应该说，对于某一气隙，当不同波形的电压作用时，将有相应不同的击穿时间和击穿电压。
一．静态击穿电压Ｕ0使气隙击穿的最小电压二．击穿时间tb从加压的瞬时起到气隙完全击穿为止的总时间由三部分组成１．ｔ0 （升压时间）：电压从零升到静态击穿电压Ｕ0所需的时间２．ｔs （统计时延）：从电压达到Ｕ0 的瞬时起到气隙中形成第一个有效电子为止的时间。
３．ｔf （放电形成（发展）时延）从产生第一个有效电子的瞬时到气隙完全被击穿为止的时间这里所讲的有效电子是指该电子能发展一系列的电离过程，最后导致间隙完全击穿的那个电子。
气隙中出现的自由电子并不一定能成为有效的电子（有效电子－－能发展一系列的游离过程，最后导致间隙完全击穿的那个电子）。
这是因为下列原因：有效电子：形成负离子扩散到间隙外游离中途衰亡UuU４．tl （放电时延）：ｔl ＝ｔs ＋ｔftl 的特点：根据电场的不同，ｔl 具有分散性和随机性（1）在短间隙、均匀场中ｔf 〈〈ｔs → ｔl ＝ｔs即：均匀电场的放电时延ｔl 主要是产生有效电子的时间，ｔs 的长短具有统计性质，可取其平均值，称为平均统计时延。
影响ｔs 的因素：电极材料、外施电压、短波光照射、电场情况（2）在长间隙不均匀场中，由于电场的不均匀性容易产生有效电子，使ｔf 〉〉ｔs → ｔl ＝ｔf即：不均匀长间隙电场中，先导放电的发展占放电时延的主要部分影响ｔf 的因素：间隙长度、电场均匀度、外加电压§3-2气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布一．标准试验电压波形对于不同性质、不同波形的电压，气隙的击穿电压是不同的。
第三章 气隙的电气强度
第三章 气隙的电气强度本章节的教学内容要求：冲击电压下的气息击穿：标准波形，放电时间，伏秒特性及其实际意义，50%冲击击穿电压，放电的分散性。
大气条件的影响及换算方法，提高气体间隙击穿的措施沿面放电：均匀与不均匀电场中沿面放电的基本过程和影响因素分析，提高沿面放电电压的方法。
§3－1气隙的击穿时间静态击穿电压：长时间作用在气隙上能使得气隙击穿的最低电压。
如果所加电压的瞬时值是变化的，或者所加电压的延续时间很短，则该气隙的击穿电压就不同于静态击穿电压（一般高于）静态击穿电压。
所以，应该说，对于某一气隙，当不同波形的电压作用时，将有相应不同的击穿时间和击穿电压。
一．静态击穿电压Ｕ0使气隙击穿的最小电压二．击穿时间tb从加压的瞬时起到气隙完全击穿为止的总时间由三部分组成１．ｔ0 （升压时间）：电压从零升到静态击穿电压Ｕ0所需的时间２．ｔs （统计时延）：从电压达到Ｕ0 的瞬时起到气隙中形成第一个有效电子为止的时间。
３．ｔf （放电形成（发展）时延）从产生第一个有效电子的瞬时到气隙完全被击穿为止的时间这里所讲的有效电子是指该电子能发展一系列的电离过程，最后导致间隙完全击穿的那个电子。
气隙中出现的自由电子并不一定能成为有效的电子（有效电子－－能发展一系列的游离过程，最后导致间隙完全击穿的那个电子）。
这是因为下列原因：有效电子：形成负离子扩散到间隙外游离中途衰亡UuU４．tl （放电时延）：ｔl ＝ｔs ＋ｔftl 的特点：根据电场的不同，ｔl 具有分散性和随机性（1）在短间隙、均匀场中ｔf 〈〈ｔs → ｔl ＝ｔs即：均匀电场的放电时延ｔl 主要是产生有效电子的时间，ｔs 的长短具有统计性质，可取其平均值，称为平均统计时延。
影响ｔs 的因素：电极材料、外施电压、短波光照射、电场情况（2）在长间隙不均匀场中，由于电场的不均匀性容易产生有效电子，使ｔf 〉〉ｔs → ｔl ＝ｔf即：不均匀长间隙电场中，先导放电的发展占放电时延的主要部分影响ｔf 的因素：间隙长度、电场均匀度、外加电压§3-2气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布一．标准试验电压波形对于不同性质、不同波形的电压，气隙的击穿电压是不同的。
第三章 气隙的电气强度
穿特性具有明显的极 性效应。 负极性击穿电压大 大高于正极性击穿电 压。
正棒—负板
工频交流电压
“棒—棒”气隙的工频击穿电压要比“棒— 板”气隙高一些，因为相对而言， “棒—棒” 气隙的电场要比”棒—板“气隙稍微均匀一些。
气隙长度d不超过
1cm时，“棒—棒”与
“棒—板”气隙的工频 击穿电压几乎一样，但
二、雷电冲击电压下气隙的击穿特性
伏秒特性 对于非持续作用的电压来说， 气隙的击穿电压就不能简单地用 单一的击穿电压值来表示了，对 于某一定的电压波形，必须用电 压峰值和延续时间两者来共同表 示，这就是该气隙在该电压波形 下的伏秒特性。 同一间隙在同一电压作用下， 每次击穿前时间也不一样，具有 一定的分散性。因此，一个气隙 的伏秒特性，不是一条曲线，而 是一组曲线。
均匀电场 稍不均匀电场 极不均匀电场
一、均匀电场的击穿特性
均匀电场只有一种，那就是消除了电极边缘 效应的平板电极之间的电场。
如果平板间距很大，则为了消除电极边缘效 应，必须将电极的尺寸选得很大，这是不现实的。 因此工程中一般极间距离不大。
均匀电场：
两个电极形状完全相同且对称布置，因而不存在
气隙的雷电冲击击穿特性
“棒—板”气隙的冲 击击穿电压具有明显的
极性效应，棒极性为正
极的击穿电压比负极性 时数值低得多。
3.3 操作冲击电压下气隙的击穿特性
这种波可记作 250/2500μs波
一、操作冲击电压 波前时间 Tp＝250μs±20％ 半峰值时间 T2＝2500μs±60％ 峰值允差±3％
随着输电电压的不断提高：
额定电压超过220kV的超高压输电系统，应按操作
过电压的电气特性进行绝缘设计
高电压-第3章-气体介质的电气强度PPT课件
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13
图3-2 球间隙中一球接地时的电场分布 (a)球水平放置 (b)球垂直放置
图3-3 一球接地时球隙测压器的击穿电压 Ub与间距d的关系
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14
2、同轴圆筒
➢外筒内半径R=10cm， 改变内筒外半径r之值， 气隙起始电晕电压Uc和 击穿电压Ub随内筒外直 径r变化规律如图所示。
即r/R<0.1时，间隙属于极不均匀电 场，此时击穿前先出现电晕 r/R >0.1时，间隙属稍不均匀电场 范畴，击穿前不出现电晕 当r/R ≈0.33时击穿电压出现极大值 上述电气设备在绝缘设计时宜尽量将 r/R选取在0.25~0.4的范围内
-
8
均匀电场：
• 两个电极形状完全相同且对称布置，因 而不存在极性效应。
• 均匀电场中各处的电场强度均相等，击 穿所需的时间极短
• 在直流、工频和冲击电压作用下的击穿 电压实际上都相同
• 击穿电压的分散性很小，伏秒特性很快 就变平，冲击系数＝1
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9
图3-1为实验所得到的均匀电场空气间隙击穿电压 特性。它也可用下页的经验公式来表示：
击穿电压与间距的关系
-19ຫໍສະໝຸດ 二、工频交流电压➢升压方式：
• 电压慢电压慢慢升高，直至发生击穿。升 压的速率一般控制在每秒升高预期击穿电 压值的3％。
• “棒-棒”气隙的工频击穿电压要比“棒板”气隙高一些，因为相对而言，“棒-棒” 气隙的电场要比“棒-板”气隙稍为均匀一 些。
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20
可以看出，在气隙长度d不超
图3-1 均匀电场中空气间隙的击- 穿电压峰值Ub随间距d的变化
10
U b2.2 42 d6.08d kV
U b --击穿电压峰值,kV
高电压技术 第3章 气隙电气强度
tl t s t f
气体间隙的击穿电压和电压种类有关。直流电压和工 频电压统称为持续作用电压。这类电压的变化速度很 小．相比之下放电发展所需时间可以忽略不计。电力系 统中的操作过电压和大气过电压则持续时间极短、以微 秒（10-6秒）计，所以实验室中也应以持续时间接短的 电压来模拟这些过电压，相应地称为操作冲击电压和雷 电仲击电压。在冲击电压下，放电发展速度就不能忽略 不计了，这时间隙的击穿特性就具有新的特点了。所以， 以下分别介绍不同种类电压作用下的击穿电压试验数据。 本节介绍持续作用电压下的击穿电压。不少情况下间 隙的距离由持续作用电压决定。持续电压作用下，当气 体状态不变时，一定距离的间隙的击穿电压具有确定的 数值，当间隙上的电压升高达到击穿电压时，则间隙击 穿，使电路短路。
（二）工频电压下的击穿电压 棒—板电极间施加工频电压时，击穿总是在棒的极性为正、 电压达到幅值时发生，并且其击穿电压(幅值)和直流电压 下正棒—负板的击穿电压相近。从图中可知，除了起始部 分外，击穿电压和距离近似成直线关系，棒—棒间隙的平 均击穿场强约为3.8千伏(有效值)／厘米或5.36千伏(幅值) ／厘米，棒—板间隙的稍低一些，约为3.35千伏(有效值) ／厘米或4.8干伏(幅值)／厘米。 从图可知，随着距离加大，平均击穿场强明显降低，棒— 板间隙尤为严重，即具有所谓“饱和现象”，例如当d＝1 米时，平均击穿场强约为3.5千伏(有效值)／厘米或5千伏 (幅值)／厘米而在d＝10米时，就已降到约1.5千伏(有效值) ／厘米或2千伏(幅值)／厘米了。因此在电气设备中希望尽 量采用具有“棒—棒”类型的电极结构而避免“棒—板” 类型。
3.3 伏秒特性 1．必要性：由于雷电冲击电压持续时间短，放电时延不能忽略不计， 所以只是上述50％冲击击电压不能完全说明间隙的冲击击穿特性。 例如两个间隙并联，在不同幅值冲击电压的作用下，就不一定是50 ％冲击击穿电压低的那个间隙击穿了。 2．伏秒特性的制订方法 工程上用间隙上出现的电压最大值和放电时间的关系来表征间隙在 冲击电压下的击穿特性，称为伏秒特性。 伏秒特性用实验方法求取。保持标 准波形不变，逐级升高电压。电压较 低时，击穿发生在波尾。电压甚高时， 放电时间减至很小，击穿可发生在被 头。在波尾击穿时，以冲击电压幅值 作为纵坐标，放电时间作为横坐标。 在波头击穿时，还以放电时间作为横 坐标，但以击穿时电压作为纵坐标。
高电压技术电介质的电气强度PPT课件
氧发生器等方面有广泛的应用。
第43页/晕放电时，空间电荷对放电的
影响已得到关注。由于高场强电极极性 的不同，空间电荷的极性也不同，对放 电发展的影响也就不同，这就造成了不 同极性的高场强电极的电晕起始电压的 不同，以及间隙击穿电压的不同，称为 极性效应。
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• 均匀电场是一种少有的特例，在实际电 力设施中常见的却是不均匀电场。
• 为了描述各种结构的电场不均匀程度， 可引入一个电场不均匀系数f，表示为：
f Emax Ev
• f<2时为稍不均匀电场, f>4属不均匀电场。
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一、电晕放电 在极不均匀场中，当电压升高到一
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（1）在I-U曲线的OA段： 气隙电流随外施电压的提高而增大，
这是因为带电质点向电极运动的速度加 快导致复合率减小。当电压接近 时，U A 电流趋于饱和，因为此时由外电离因素 产生的带电质点全部进入电极，所以电 流值仅取决于外电离因素的强弱而与电 压无关
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（2）在I-U曲线的B、C点： 电压升高至 UB 时，电流又开始增
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第一节 带电粒子的产生和消失
一、带电粒子在气体中的运动 1.自由行程长度
某粒子在单位行程中的碰撞次数Z的 倒数λ称为该粒子的平均自由行程长度。
2.带电粒子的迁移率 v:粒子沿着电场方向 漂移的速度。 E: 电场强度。
k v E
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3.扩散 在热运动的过程中，粒子会从浓度较大
U0
B( pd)
ln
A( pd)
ln(1
1
)
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高电压-气体间隙的击穿强度
不论何种电压（直流、交流、正负50%冲击电压） 作用，其击穿电压（峰值）都相同，且分散性很小。
1、均匀电场中的击穿
高电压工程基础
均匀电场中空气间隙的击穿电压（峰值）可根据下面 经验公式求得：
Ub＝24.22 d＋6.08 d (kV )
c. 球隙测压器的工 作范围d≤D/2；否 则因放电分散性 增大，不能保证 测量的精度。
高电压工程基础
2、稍不均匀电场中的击穿
（2）同轴圆柱电极 （eg：高压标准电容器、单芯电缆、GIS分相母线）
U b＝Em
d f
（1）r/R<0.1时，极不均匀电场， 击穿前先出现电晕，且Uc的值很 低，因此上述电气设备均不设计 在这一r/R范围内。
（1）直流电压作用的击穿电压
高电压工程基础
正棒—负板间隙的击穿 电压最低，负棒—正板 间隙的击穿电压最高， 棒—棒间隙的击穿电压 介于两者之间。
棒—板、棒—棒间隙的直流击 穿电压与间隙距离的关系曲线
（2）工频交流电压作用的击穿电压
高电压工程基础
由于棒—板间隙的击穿总是 发生在棒级为正时的半个周 期且电压达幅值时，故其击 穿电压（峰值）和直流下正 棒—负板时的击穿电压相近。
高电压工程基础
伏秒特性曲线主要用来比较不同设备绝缘的冲击击穿特性。
如果一个电压同时作用在两个并联的气体间隙S1和S2上，其中 一个气隙先击穿，则电压波被短接截断，另一个就不会再击穿。
S2始终处于S1的下方，在 任何电压波形下， S2都 比S1的先被击穿。
这个原则如用于保护装置 和被保护设备，则就是 S2保护了S1。
均匀和稍不均匀电场下， β ≈1； 极不均匀电场中， β >1，冲击击穿电压的分散性也
高电压技术 第03章 气隙的电气强度
t
波形参数：
视在波前时间 峰值允差
3%
视在半峰值时间
雷电冲击截波电压：
u
1 .0 0 .9
F M B
A
J
0.3 0
U
Uc
j
G
T1 Tc U2
t
波形参数： 视在波前时间 截断时间 电压过零系数
T1 1 .2 S 3 0 %
截波峰值
U
c
Tc 2 ~ 5 S
截断时刻电压
2 1 2 1 2 1
若 S 与 S 有交叉，则 交叉以左， S 先被击穿； 交叉以右， S 先被击穿。 气隙间不能可靠保护。
2 1 2 1
⑤ 工程常用术语
50%击穿电压：指气隙被击穿的概率为50%的冲击电压 峰值，反映了该气隙地基本耐电强度。
u
0.5
U 2s
0
2 S
2 S
t
冲击击穿电压：气隙击穿时，击穿前时间小于和大 于 2 S 的概率各为50%的冲击电压。 这也就是50%曲线与 2 S 时间标尺 相交点的电压值。
第3章 气隙的电气强度
3.1 气隙的击穿时间
3.2 气隙的伏秒特性 3.3 大气条件对气隙击穿电压的影响
3.4 电场均匀程度对气隙击穿电压的影响 3.6 提高气隙击穿电压的方法 3.7 影响气隙沿面闪络电压的因素
3.1 气隙的击穿时间
静态击穿电压 U ：长时间作用在气隙上能使气隙击穿的 最低电压。
② 采用高度真空： 高度真空，削弱气隙中的撞击电离过程，也能提高 气隙的击穿电压。其理论至今仍不够清楚。
③ 增高气压： 可以减小电子的平均自由程，阻碍撞击电离的发展， 从而提高气隙的击穿电压。
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第三章气隙的电气强度
3-1 气隙的击穿时间
每个气隙都有它的静态击穿电压，即长时间作用在气隙上能使气隙击穿的最低电压。
如所加电压的瞬时值是变化的，或所加电压的试验时间很短，则该气隙的击穿电压就不同于静态击穿电压。
所以，应该说，对某一气隙，当不同波形的电压作用时，将有相应不同的击穿时间和击穿电压。
气隙击穿的所需时间如图3-1-1。
气隙击穿所需时间分三部分：
（1）升压时间t
0——电压从0生到静态击穿电压U
所需的时间。
（2）统计时延t
s ——从电压达到U
的瞬间起到气隙中形成第一个有效电
子为止的时间。
（3）放电发展时间t
f
——从形成第一个有效电子的瞬间起到气隙完全被击穿为止的时间。
影响平均统计时延的因素主要有以下几种：
（1）电极材料；（2）外施电压；（3）短波光照射；（4）电场情况影响放电发展时间的因素主要为：
（1）间隙长度。
（2）电场均匀度；（3）外施电压。
3-2 气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布
一、电压波形
对于不同性质、不同波形的电压，气隙的击穿电压是不同的。
为了便于比较，需要对各种电压的波形规定统一的标准。
分述如下：
1.直流电压
直流试验电压通常是由交流整流而得，其波形必然有一定的脉动，通常所称的电压值是指其平均值。
2.工频交流电压
工频交流试验电压应近似为正弦波，频率一般应在45~65Hz范围内。
3．雷电冲击电压
为了模拟雷电电压，国际电工委员会文件制定了雷电冲击标准波形，分为全波和截波两种。
波形参数：1.2μs/50μs
4. 操作冲击电压
操作过电压的标准波形为250μs/2500μs。
二、伏秒特性
对于长时间持续作用的电压来讲，气隙的击穿电压有一个确定的值；但对于脉冲性质的，气隙的击穿电压就与该电压的波形有很大的关系。
同一个气隙，在峰值较低但延续时间较长的冲击电压作用下可能击穿，而在峰值较高但延续时间较短的冲击电压作用下可能反而不击穿。
所以，对于非持续作用的电压来说，气
隙的击穿电压就不能简单地用单一的击穿电压值就表示了，对于某一定的电压波形，必须用电压峰值和延续时间两者来共同表示，这就是七夕的电压波形下的伏秒特性。
伏秒特性的意义在于可以描述绝缘配合的程度。
如图3-2-6和图3-2-7。
如果一个电压同时作用在两个并联的间隙S 1和S 2上，若其中某一个气隙先被击穿，则电压被短接，另一个气隙就不会被击穿。
这个原则如用于保护装置和被保护物体，就是前者博湖了后者。
设并联的两个气隙的伏秒特性带分别为S 1和S 2。
若3-2-6所示，S 2全面位于S 1的左下方，这意味着在任何波峰值下，都将是S 2被击穿，即S 2可靠的保护了S 1。
若如图3-2-7，则不能完全保护被保护设备S 1。
三、气隙击穿电压的概率分布
不论是在直流电压、交流电压、雷电冲击电压或操作冲击电压作用下，气隙的击穿电压都有一定的分散性，即击穿概率分布特性。
研究表明，气隙击穿的概率分布接近正态分布，通常可用50%击穿电压U 50%来表示。
3-3 大气条件对气隙击穿电压的影响
空气隙的击穿电压（包括沿面闪络）随着空气密度的增大而升高的原因是，随着空气密度的增大，空气中自由电子平均自由程缩短了，不易造成撞击电离。
空气隙的击穿电压随着空气湿度的增大而增大的原因是：水蒸汽是电负性气体，易俘获自由电子形成负离子，使最活跃的电离因素——自由电子的数量减小，阻碍电离的发展。
3-4 较均匀气隙的击穿电压
在均匀电场中，电场对称，故击穿电压与电压极性无关。
由于气隙各处的场强大致相等，不可能出现持续的局部放电，故气隙的击穿电压就等于起始放电电压。
均匀电场的气息距离不可能很大，各处场强又大致相等，故从自持放电开始到气隙完全击穿所需时间极短，因此，在不同电压波形作用下，其击穿电压实际上都相同，且其分散性很小，对于空气，可用下列经验公式表示：
3-5 不均匀电场气隙的击穿电压
在工程实际中，所遇到的电场绝大多数是不均匀电场。
不均匀电场的特征是：各处场强差别很大，在所加电压尚小于整个气隙击穿电压时，已可能出现局部的持续放电。
由于局部持续放电的存在，空间电荷的积累对击穿电压的影响很大，导致显著的极性效应。
所以预先对集中典型电场的气隙，如棒-棒，线-线（对称电场）、棒-板或线-板（不对称电场），作出其击穿电压-气隙距离的关系曲线，对工程上所遇到的各种不均匀电场，其气隙击穿电压就可以参考与之相接近的典型气隙的击穿电压曲线来估计。
一、直流电压作用下
二、工频电压作用下
三、雷电冲击电压作用下
四、操作冲击电压作用下
五、叠加性电压作用下
3-6 提高气隙击穿电压的方法
一、改善电场分布
二、采用高度真空
三、增高气压
四、采用高耐电强度气体
在高电强气体中，六氟化硫气体得到了最广泛的应用。
它除了具有较高
的耐电强度外，还具有很强的灭弧的性能；它是一种无色、无味、无毒、非燃性的惰性化合物、对金属和其他绝缘材料没有腐蚀作用；在中等压力中，SF
6
气体可以被液化，便于储藏和运输。
五、SF
6
气体的应用
SF
6
气体具有很强的电负性，是灭弧的重要电介质，目前主要用于制作
SF
6断路器，应用中应尽可能保持电场的均匀性，防止SF
6
气体液化，保持气
体的纯度等。
3-7 影响气隙沿面闪络的因素
一、电场状况和电压波形的影响
结合实例来说明。
均匀电场下，在不同种类电压作用下，玻璃圆柱的闪络电压与闪络距离的关系如图3-7-1,所示。
冲击电压下沿面闪络的长度与电压的关系如图3-7-4。
二、气体条件的影响
三、介质表面状态的影响
1. 表面粗糙度的影响
在高气压的SF
气体中，这个影响较为显著。
6
2．雨水的影响
介质表面如被雨水完全淋湿时，雨水形成连续的导电层，泄漏电流增大很多，沿面闪络电压降低，其降低的程度将随雨水电阻率、雨量、所加电压的性质和持续时间而异。
3.污秽的影响
单纯的尘土和烟灰对沿面闪络电压的影响不大，但如果是化工厂、冶金厂、水泥厂附近或沿海地带，沉积在绝缘上的尘污，因其含有高电导率的溶质，当与水分作用时，能使沿面闪络电压降低很多，这是必须着重注意的。
电力能大量的运行经验指出：对污闪来说，最严重的大气条件是雾、毛毛雨、露和雪。
3-8 提高气隙沿面闪络电压的方法
一、屏障
二、屏蔽
改善电极形状，使沿固体介质表面的点位分布均匀化，使其最大电位梯度减小，也可以提高沿面闪络电压。
这种处理方法，称为屏蔽。
三、加电容极板
四、消除窄气隙
五、绝缘表面处理
六、改变局部绝缘体的表面电阻率
七、强制固定绝缘沿面各点的电位
八、附加金具
沿绝缘子串的电压分布如图3-8-11所示。
善电压的分布情况，如图3-8-13。
九、阻抗调节。