4、气隙的击穿特性
电力工程 第9章电力系统绝缘与过电压
2020年9月29日
EXIT
第9章第24页
第9章电力系统绝缘与过电压
电力工程
二、电导 任何电介质都不同程度地具有一定的导电性，表 征电介质导电性能的主要物理量即为电导率 γ 或 其倒数——电阻率 ρ 。
按载流子的不同，电介质的电导可分为离子电 导和电子电导两种，前者以离子为载流子，而后者 以自由电子为载流子。
2020年9月29日
EXIT
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第9章电力系统绝缘与过电压
第四节 SF6 和气体绝缘设备
电力工程
SF6 的电气强度约为空气的2.5倍，灭弧能力高 大空气的100倍以上。在超高压和特高压范畴内，它 已完全取代绝缘油和压缩空气成为唯一的断路器灭 弧媒质了。在封闭式气体绝缘组合电器（GIS）和充 气管道输电线等装置中，SF6 也被广泛的采用
而成，全部封闭在充SF6 气体的金属外壳中。 与传统敞开式配电装置相比，GIS具有下列突
出优点。
1、 大大节省占地面积和空间体积 。 2、运行安全可靠。 3、有利于环保，使运行人员不受电场和 磁场的影响。 4、安装工作量小、检修周期长。
2020年9月29日
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第9章电力系统绝缘与过电压
三、采用屏障
在气隙中放置形状和位置合适、能阻碍带电粒 子运动和调整空间电荷分布的屏障，也是提高气体 介质电气强度的一种有效方法。
2020年9月29日
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第9章电力系统绝缘与过电压
四、采用高气压
电力工程
提高气压会大大减小电子的自由行程长度 ，削弱和抑制了电离过程，使气体的电气强度 得到提高。如果在采用高压的同时再以某些高 强度的气体（例如SF6 气体）来替代空气，能 获得更好的效果。
高电压考点答案
1-1、电介质基本电气特性为极化特性、电导特性、损耗特性和击穿特性。
相对介电常数Er，电导率y，介质损耗因数tgδ和击穿电场强度E。
1-2、电介质的极化可分为无损极化和有损极化。
无损极化包括电子式极化和离子式极化，有损极化包括偶极子式极化、空间电荷极化和夹层极化。
无损极化包括电子式极化和离子式极化。
夹层极化是空间电荷极化的一种特殊形式，多层介质相串联的绝缘结构，在加上直流电压的初瞬，各层介质中的电场分布与介质的相对介电常数成反比；稳态时的电场分布则与介质的电导率成反比，在此过程中存在吸收现象。
1-3、电介质的电导与金属的电导有着本质的区别，电介质电导属离子式电导磨碎温度的升高按指数规律增大；金属电导属电子式电导，随温度的升高而减小。
1-4、电介质在电场作用下存在损耗，其中气体电介质的损耗可以忽略不计。
在直流电压作用下电介质的损耗仅为由电导引起的电导损耗，而交流电压作用下电介质的损耗既有损耗，又有极化损耗。
因此，电介质在交流电压下的损耗远大于其直流电压下的损耗。
2-1绝缘介质通常由气体、液体和固体三种形态，其中气体和液体电介质属于自恢复绝缘，固体电介质属于非自恢复绝缘。
2-2气体放电的根本原因在于气体中发生了电离的过程，在气体中产生了带电粒子；而气体具有自恢复绝缘特性的根本原因在于气体中存在去电离的过程，它使气体中的带电粒子消失。
电离和去电离这对矛盾的存在与发展状况决定着气体介质的电气特性。
2-3在气体电离的四种基本特性中，碰撞电离是最基本的一种电离形式。
而在碰撞电离中电子最活跃的因素。
2-4电子崩的概念是汤逊气体放电理论的基础。
汤逊理论是建立在均匀电场、短间隙、低气压的实验条件下，因此它不适合解释高气压、长间隙、不均匀电场中的气体放电现象，对于后者只能用流注放电理论予以解释。
2-5流注放电理论与汤逊放电理论的根本不同点在于流注理论认为电子的碰撞电离和空间光电离是形成自持放电的主要因素，并强调电荷畸变电场的作用。
高电压工程基础(第3章)
• • • •
3. 采用高气压 • 巴申定律 • 需要设备外壳的密封性和机械强度提出很高的要求 4. 采用高抗电强度的气体 • 在气体电介质中，有一些含卤族元素的强电负件气 体，如六氟化硫(SF6)、氟里昂(CCl2F2)等，因其具有 强烈的吸附效应。所以在相同的压力下具有比空气高 得多的抗电强度．因此被称为高抗电强度的气体。 5. 采用高真空 • 真空间隙的击穿电压大致与间隙距离的平方根成正比
• 3.伏秒特性 • 工程上用气隙击穿期间出现的冲击电压的最大值和放电时 间的关系来表征气隙在冲击电压下的击穿特性，称为伏秒 特性。 • 实际上，由于放电时间的分散性．在每一电压下可得到 一系列放电时间。所以伏秒特性曲线是一个带状区域、通 常使用的是平均伏秒特性曲线。 • 均匀和稍不均匀电场气隙的伏秒特性曲线比较平坦，其放 电形成时延较短，比较稳定， • 极不均匀电场气隙的伏秒特性曲线比较陡峭。 • 保护设备（避雷器或间隙）需要伏秒特性曲线尽可能平坦， 并且位于被保护设备的伏秒特性之下且二者永不相交。
第三章 气体电介质的击穿特性
• 根据气体放电理论，可以说明气体放电的基本物 理过程．有助于分析各种气体间隙在各种高电压 下的放电机理和击穿规律。但由于气体放电的发 展过程比较复杂．影响因素较多，气隙击穿的分 散性较大，所以要想利用理论计算的方法来获取 各种气隙的击穿电压相当困难。因此通常都是采 用试验的方法来得到某些典型电极所构成的气隙 在各种电压下的击穿特性，以满足工程设计的需 要。 • 气隙的电场形式对气隙的击穿特性影响较大。此 外气隙所加电压的类型对气隙的击穿特性也有很 大关系。
三、极不均匀电场气隙在稳态电压下的击穿 特性 • 在极不均匀电场的气隙中，“棒一板”间 隙和“棒一棒”间隙具有典型意义。前者 具有最大的不对称性，后者则具有完全的 对称性。其他类型的极不均匀电场气隙的 击穿特性均介于这两种典型气隙的击穿特 性之间。
气隙的击穿特性
放电时间具有分散性，实际 上伏秒特性是以上、下包 线为界的一个带状区域
伏秒特性的用途
1. 间隙伏秒特性的形状决定于电极间电场分布 2. 伏秒特性对于比较不同设备绝缘的冲击击穿特性具有
重要意义
Ｓ２对Ｓ1 起保护作用
在高幅值冲击电压作用下， Ｓ２不起保护作用
二、持续作用电压下空气的击穿电压
棒(尖)—板 ：电场分布不对称 棒(尖)—棒(尖) ：电场分布对称 根据典型电极的击穿电压数据来估计绝缘距离 直流、工频及冲击击穿电压间的差别比较明显 ，分散性较大，且极性效应显著
1. 直流电压下的击穿电压
极性效应：尖—尖电极 间的击穿电压介于极性 不同的尖—板电极之间
棒—板间隙：棒具有正 极性时，平均击穿场强 约 为 4.5kV/cm ； 棒 具 有 负极性时约为l0kV/cm
、操作冲击电压 大气条件：气压、温度、湿度
一、气隙的击穿时间
最低静态击穿电压U0 击穿时间电发展时间tf 、放电时延 tl
短间隙(1厘米以下) tf<<ts ，平均统计时延
较长的间隙中 tl主要决定于tf
间隙上外施电压增加，放电 发展时间也会减小
球—球间隙
当d＜D/4，电场相当均匀，直 流电压、工频电压及冲击电 压作用下，击穿电压都相同
当d＞D/4，大地对电场的畸变 作用使间隙电场分布不对称 ，Ub有极性效应
电场最强的电极为负极性时的 击穿电压略低于正极性时的 数值
同一间隙距离下，球电极直径 越大，由于电场均匀程度增 加，击穿电压也越高
击穿电压的估算
tb t0ts tf tl ts tf
持续作用电压
直流电压、工频电压
与电压的变化速度相比，放电发展所需时间可以忽略 不计 。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，间隙击穿
高电压工程基础(第3章)讲解
• 由于极性效应，在工频交流电压下，“棒 一板”间隙的击穿总是发生在棒极为正极 性的半周期内的峰值电压附近。 • 同样条件下，工频击穿电压的峰值还稍低 于其直流击穿电压。这是因为前个周期留 下的空问电荷对棒棒极前方的电场场强有 所加强的缘故。
• ‘棒一棒”间隙的击穿电压相对较高，这是 因为“棒一棒”间隙的电场比“棒一板” 间隙相对要均匀一些，前者的最大场强是 分散在靠近两棒极处，而后者的最大场强 则集中在棒极附近。
1. 均匀电场中： • (1)固体介质表面不可能绝对光滑，其微 观上的凸凹不平造成介质表面电场不均 匀． • 〔2)固体介质表面会或多或少地吸收一 些空气中的水分。 • (3)固体介质与电极的接触如不十分紧 密．存在有极小的气隙。
2 不均匀电场中的沿面放电 • ①电场强度的方向大体上平 行于固体电介质的表面 • ②电介质表面的电场强度具 有较大的垂直于固体电介质 表面的法线分量 • 固体介质表面电阻(特别是 靠近法兰F处)的适当减小 (如涂半导体漆或半导体 釉)．可以使沿面的最大电 位梯度降低，防止滑闪放电 的出现，从而使沿面闪络电 压得到提高
三、极不均匀电场气隙在稳态电压下的击穿 特性 • 在极不均匀电场的气隙中，“棒一板”间 隙和“棒一棒”间隙具有典型意义。前者 具有最大的不对称性，后者则具有完全的 对称性。其他类型的极不均匀电场气隙的 击穿特性均介于这两种典型气隙的击穿特 性之间。
• 在直流电压下“棒一板”间隙的击穿特性 具有明显的极性效应。在所测的极间距离 范围内(d≤10cm)，负极性击穿场强约为 20kV／cm，而正极性击穿场强只有7.5kV ／cm • d≤300cm , “棒一板”间隙的实验结果可 见．这时负极性的平均击穿场强降为10 kV ／cm左右．而正极性的击穿场强约为4.5kV ／cm。
极不均匀电场气隙击穿特性
(1)操作冲击电压波形 对气隙的电气强度有很 大的影响，击穿电压 U50%(s)与波前时间Tcr的 关系曲线呈现“U”形， 在某一最不利的波前时 间Tc下，出现极小值。
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(2)气隙的操作冲击电压不但远低于雷电冲击 电压，在某些波前时间范围内，甚至比工频击穿 电压还要低。
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在各种各样的极不均匀电场气隙中：
➢“棒－棒”气隙：完全对称性 ➢“棒－板”气隙：最大不对称性
其它类型不均匀电场气隙击穿特性介于这两 种之间。
对于实际工程中遇到的各种极不均匀电场气隙来 说，均可按其电极的对称程度分别选用“棒-棒”或 “棒-板”两种典型气隙的击穿特性曲线来估计其电气 强度。
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四、操作冲击电压 我国采用如图ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ－17所示的±250/2500us标
准操作冲击波形。
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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 按操作过电压下的电气特性进行绝缘设计 ➢超高压电力设备也应采用操作冲击电压来进 行高压试验
下面来看一下极不均匀电场长气隙时操作冲 击电压下的击穿具有的特点：
一、直流电压 “棒－棒”和“棒－板”
击穿特性见图2-4。
可以看出：“棒－ 板”负极性击穿电压大 大高于正极性击穿电压。
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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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高电压技术习题解答
《高电压技术》习题解答第一章1—1气体中带电质点是通过游离过程产生的。
游离是中性原子获得足够的能量(称游离能)后成为正、负带电粒子的过程。
根据游离能形式的不同，气体中带电质点的产生有四种不同方式：1.碰撞游离方式在这种方式下，游离能为与中性原子(分子)碰撞瞬时带电粒子所具有的动能。
虽然正、负带电粒子都有可能与中性原子(分子)发生碰撞，但引起气体发生碰撞游离而产生正、负带电质点的主要是自由电子而不是正、负离子。
2.光游离方式在这种方式下，游离能为光能。
由于游离能需达到一定的数值，因此引起光游离的光主要是各种高能射线而非可见光。
3.热游离方式在这种方式下，游离能为气体分子的内能。
由于内能与绝对温度成正比，因此只有温度足够高时才能引起热游离。
4.金属表面游离方式严格地讲，应称为金属电极表面逸出电子，因这种游离的结果在气体中只得到带负电的自由电子。
使电子从金属电极表面逸出的能量可以是各种形式的能。
气体中带电质点消失的方式有三种：1.扩散带电质点从浓度大的区域向浓度小的区域运动而造成原区域中带电质点的消失，扩散是一种自然规律。
2.复合复合是正、负带电质点相互结合后成为中性原子(分子)的过程。
复合是游离的逆过程，因此在复合过程中要释放能量，一般为光能。
3.电子被吸附这主要是某些气体(如SF6、水蒸汽)分子易吸附气体中的自由电子成为负离子，从而使气体中自由电子(负的带电质点)消失。
1—2 自持放电是指仅依靠自身电场的作用而不需要外界游离因素来维持的放电。
外界游离因素是指在无电场作用下使气体中产生少量带电质点的各种游离因素，如宇宙射线。
讨论气体放电电压、击穿电压时，都指放电已达到自持放电阶段。
汤生放电理论的自持放电条件用公式表达时为γ(eαs-1)=1此公式表明：由于气体中正离子在电场作用下向阴极运动，撞击阴极，此时已起码撞出一个自由电子(即从金属电极表面逸出)。
这样，即便去掉外界游离因素，仍有引起碰撞游离所需的起始有效电子，从而能使放电达到自持阶段。
高电压技术复习资料
1.1带电粒子的产生与消失电离：产生带电粒子的物理过程。
电力能：电力过程所需要的能量。
原子的激发（激励）：在外界因素作用下，气体原子获得外加能量时，一个或若干个电子有可能转移到离核较远的轨道上去的现象。
带电粒子的产生：碰撞电离（有碰撞引起的电离）光电离（由光辐射引起的气体原子或分子电离的现象）热电离（气体在热状态下引起的电离过程）表面电离（气体中的电子也可以由电场作用下的金属表面发射出来）。
这三种形式同时存在、相互作用，只是各种电离形式表现出的强弱不同。
空间电离：气体在间隙空间里带电粒子的产生过程。
逸出功：从金属电极表面发射电子需要的一定的能量。
去电离过程：当气体中发生放电时，与不断产生带电粒子的电力过程相反的过程。
气体去电离的基本形式：漂移（带电粒子在外电场的作用下做定向移动，消逝于电极面形成的回路电流，从而减少了气体中的带电粒子的现象）、扩散、复合、（吸附）。
1.2均匀电场中的气体放电均匀电场：在电场中，电场强度处处相等。
汤逊放电理论实验条件：均匀电场、低气压、短间隙。
自持放电：仅由电场的作用就能自行维持的放电。
非自持放电：需要外界电离因素才能维持的放电。
起始放电电压：放电由非自持转为自持的临界电压。
起始放电场强：起始放电电压对应的场强。
汤逊自持放电条件：电子碰撞电离形成电子崩是气体放电的主要过程，而放电是否由非自持转为自持，则取决于阴极表面是否释放出了二代电子。
光电离。
书图1.2巴申曲线：放电电压与放电距离d和气压p的乘积的曲线，呈U型。
巴申定律：高气压或真空都可提高击穿电压，工程上已广泛使用。
正流注：当外加电压较低时，电子崩需要整个间隙才能形成流注，这种流注是由阳极向阴极发展的。
负流注：外加电压高于击穿电压，流注由阴极向阳极发展。
流注放电理论：解释高气压长间隙以及不均匀电场中的气体放电现象。
1.3不均匀电场中的气体放电气体放电特征：稍不均匀电场的间隙击穿前看不到放电迹象，一旦出现自持放电，便立即导致整个间隙的击穿；极不均匀电场当外加电压达到某一临界时间时，首先出现电晕放电现象，当外加电压进一步增大时，电晕区也随之扩大，但气隙依然保持其绝缘状态没有被击穿。
高电压技术-气隙击穿特性
Tf 250s20% Tt 2500s60%
2.放电时延 tLtStf
统计时延 t s ：从电压达到 U 0 的瞬时起
到气隙出现第一个有效电子止
放电发展时间 t f ：从形成第一个有效电 子的瞬间时隙起中到到出气现息一完个全能击穿引止起电离过程并最终导致击穿 升压时的间电t 0子：称电为压有从零效升电到子静态击穿电 压 U 0统的计时间时延服从统计规律的原因：
4.8kV(峰值)/cm
显著特征：饱和特性
二、冲击电压作用下气隙的击穿特性
1、冲击电压波形 a、雷电冲击电压波 OC为视在播前
OF为视在播前时间 T f
T f 1.6(7 t2t1) OG为视在半峰值时间 T t
（也称为波尾时间）
国标规定：Tf 1.2s3% 0 Tt 5 0s2% 0
b、操作冲击电压波
气隙的击穿特性
不同性质电压作用下气隙的击穿特性 不同气体种类和状态气隙的击穿特性
不同性质电压作用下气隙的击穿特性
电压种类
持续电压：直流、交流 冲击电压：雷电冲击、操作冲击
电场分布情况：电极形状、间隙距离、电压极性
一、持续作用电压下气隙的击穿特性
1、均匀电场中的击穿电压： a、分散性小 直流、交流、50%冲击击穿电压基本相同 b、均匀电场中空气的电气强度大致为 30kV(峰值)/cm 经验公式为：
1、大四pK气、 d、t状不实 p态p0同际 (气m气状 温22体态7、7的 3状3气t毫 t气 0态压巴 n压 、和、湿种温度度 类0C等气因隙素的) 击穿特性 对p气0、t隙0 击标穿准电状压态的的 影1气 响01毫 压 3 巴、 温度 200C
a、空通气常密m度 n的 1影响：空气气隙的相击对密穿度：电压与密度成正比 b、空此气时湿K度d 的 影响：气 隙实标验准击条状件况穿下下的的电空空气气压密密度度与湿度成正比
气体电介质的击穿特性.
一、均匀电场中的击穿电压
1. 因电场对称，所以击穿电压无极性效应。 2. 因击穿前间隙各处场强相等，击穿前无电晕发生，起 始放电电压等于击穿电压。 3. 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。
Ub＝24.22 d＋6.08 d (kV )
1
引入新课
不均匀电场中气体的击穿过程
持续电压作用下的击穿电压 雷电冲击电压下空气的击穿电压 操作冲击电压下空气的击穿电压 提高气体间隙击穿场强的方法 沿面放电
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知识点
电晕放电
极性效应 先导 主放电 雷击冲击电压的波形 伏秒特性
流注的形成和发展
沿面放电
2018/9/28
电四个阶段。 b、短间隙的放电没有先导放电阶段，只分为电子崩、流注 和主放电三个阶段。 c、长间隙放电时，炽热的导电通道是在放电发展的过程中 建立的，而不是在整个间隙被流注通道贯穿后建立的，先 导过程与主放电过程就发展得越充分，所以长间隙的平均
击穿场强远小于短间隙的平均击穿场强。
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3
1
电晕放电
电晕的产生
极不均匀电场中，间隙中的最大场强比平均场强大得多。外加电压比
较低的时候，曲率大（曲率半径较小）的电极附近电场强度已足够大 可引起强烈的游离，在这局部的强场区形成放电。这种仅仅发生在强 场区的局部放电称为电晕放电。 电晕放电是极不均匀电场特有的自持放电形式。
电晕放电的现象
薄薄的发光层；
气体电介质的击穿特性
1、气隙中带电质点的产生与消失 2、 均匀电场中气体的击穿过程 3、 不均匀电场中气体的击穿过程 4、 雷电冲击电压下空气的击穿电压 5、 操作冲击电压下空气的击穿电压 6、 提高气体间隙击穿电压的方法 7、 绝缘子的沿面放电 8、 大气条件对外绝缘放电电压的影响 9、液体电介质的击穿特性 10、固体电介质的击穿特性 11、电介质的老化
极不均匀电场气隙的击穿特性
➢直流电压 ➢工频交流电压 ➢雷电冲击电压 ➢操作冲击电压
1
在各种各样的极不均匀电场气隙中：
➢“棒－棒”气隙：完全对称性 ➢“棒－板”气隙：最大不对称性
其它类型不均匀电场气隙击穿特性介于这两种之 间。
对于实际工程中遇到的各种极不均匀电场气隙来说， 均可按其电极的对称程度分别选用“棒-棒”或“棒-板” 两种典型气隙的击穿特性曲线来估计其电气强度。
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(3)极不均匀电场长气隙的操作冲击击穿特性具有 显著的“饱和特征”，而其雷电冲击击穿特性却是 线性的。电气强度最差的正极性“棒—板”气隙的 饱和现象最为严重，尤其是在气隙长度大于5m以 后，这对特高压输电技术来说，是一个极其不利的 制约因素。
(4)操作冲击电压下的气隙击穿电压和放电时间的 分散性都要比雷电冲击电压下大得多。
2
一、直流电压 “棒－棒”和“棒－板”
击穿特性见图2-4。
可以看出：“棒－板” 负极性击穿电压大大高 于正极性击穿电压。
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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。
传统的机械按键设计是需要手动按压按键触动PCBA上的开关按键来实现功 能的一种设计方式。
传统机械按键结构层图：
按键
PCBA
开关键
传统机械按键设计要点：
1.合理的选择按键的类型，尽量选择 平头类的按键，以防按键下陷。
2.开关按键和塑胶按键设计间隙建议 留0.05~0.1mm，以防按键死键。 3.要考虑成型工艺，合理计算累积公 差，以防按键手感不良。
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4.1、不同电场气隙伏秒特性比 较
a、极不均匀电场（大间隙） 平均击穿场强较低，放电时延较 长，只有大大提高电压，才能缩短放 电时延。 伏秒特性曲线A向左上角上翘 b、稍不均匀电场（小间隙） 间隙各处场强相差不大，一但出 现电离，很快贯穿整个间隙，放电时 延短。 伏秒特性曲线 B 只能在很小的时间 内向上翘
b、不同于极不均匀电场，一旦出现自持放电，立即导
致气隙击穿，而不发生电晕现象 c、稍不均匀电场不对称时，虽有极性效应，但不明显 d、击穿电压和电场不均匀程度有极大关系，越均匀击 穿电压越高
直径为D 的球隙的击穿电压Ud 与气隙距离d 的关系
a、当d <D/4时，电场相 当均匀，其击穿特性与
均匀电场相似，直流、
气隙击穿特性的影响因素：
气体种类：空气和高介电强度气体（SF6气体）
电压种类：持续作用电压（直流、交流）；冲击电
压（雷电冲击、操作冲击）
电场分布：电极形状、间隙距离、电压极性；当间
隙距离相同时，电场越均匀击穿电压越高
气体状态：一般要折算到标准大气状态
第三节 空气间隙在各种
电压下的击穿特性
一、持续作用电压下气隙的击穿特性
2、放电时延
t L tS t f
统计时延 t s ：从电压达到 U s 的瞬时 起到气隙出现第一个有效电子止 放电发展时间 t f ：从形成第一个有效 电子的瞬时起到到气息完全击穿止
Us
升压时间 t0 ：电压从零升到静态击穿 电压 U 的时间
s
放电时延特点： a、小间隙、均匀场：t L 短， t s占主要部分
工频交流（也包括冲击 电压）作用下的击穿电 压大致相同； b、当d >D/4时，电场不
均匀度增大，击穿电场
的分散性增大
3、极不均匀电场的击穿电压 按电极的对称程度，主要有两种典型的极不均匀
电场气隙：
a、“棒 — 棒”气隙（“尖 — 尖”气隙） b、“棒 — 板”气隙（“尖 — 板”气隙） 不同电压波形作用下，差异明显，分散性大； 在直流电压下，极性效应明显，而在工频交流电
压下“饱和”现象明显。
3、极不均匀电场的击穿电压 a、直流电压下的击穿电压 显著特征：极性效应 平均击穿场强：
正极性棒-板间隙：4.5kV/cm
负极性棒-板间隙：10kV/cm 正极性棒-棒间隙：4.8kV/cm 负极性棒-棒间隙：5.0kV/cm （略微不对称）
b、交流电场下的击穿电压
特点： 1、棒-板间隙击穿总是在棒的极 性为正、电压达到峰值时发生， 击穿电压与直流电压下正极性击 穿电压相近 2 、除起始部分外，击穿电压与 距离近似成直线关系，但大间隙 下击穿电压有饱和趋势 3、平均击穿场强 棒-棒间隙：3.8kV(有效值)/cm 棒-板间隙：3.35kV(有效值)/cm
T1 250s 20%
T2 2500s 60%
2、放电时延 冲击电压的特点：
变化速度快、作用时间短，其有效作用时间是以微
秒计的。 对气隙施加冲击电压使气隙击穿，需要有两个条件：
（1）需要足够幅值的电压，引起电子崩并导致流和
主放电的有效电子； （2）需要电压作用一定的时间，使放电得以发展以致 击穿。
4.2、伏秒特性的应用
无效
有效
S1 被保护设备的伏秒特性 S2 保护间隙的伏秒特性
两者配合，S2可以保护S1
两者不能配合，不能互相保护
小 结
气隙的击穿特性与电压种类、电场分布形式相关； 极不均匀电场的击穿特性，具有明显的极性效应和 “饱和”现象；
表征气隙冲击击穿特性的两种方式： 50% 冲击击穿
电压（U50%）和气隙的伏秒特性
因素的巧合，电离可能中途衰亡而终止
3、50%冲击击穿电压（U50%） 工程上常采用50%冲击击穿电压（U50%）来描述气隙的 冲击击穿特性。 50%冲击击穿电压（U50%）：在多次施加同一电压时， 导致其中半数气隙击穿的这一电压值。 在均匀和稍不均匀电场中，气隙的 U50% 与静态击穿电
压Us相差不大，其冲击系数 （U50%与Us之比）接近1；
而在极不均匀电场中，由于放电时延较长，其冲击系 数 均大于1。
4、气隙的伏秒特性 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。 因此该气隙耐电性能要用冲击电 压值和击穿时间两者共同来表示。
Ub
ts
伏秒特性的应用 1—下包线； 2—上包线； 3—50%伏秒特性
1、均匀电场中的击穿电压： a、分散性小
直流、工频交流电压作用下（也包括冲击电 压），击穿电压基本相同
b、均匀电场中空气的电气强度大致为 30kV(峰值)/cm 经验公式为： U 24.22d 6.08 b
d kV
d：间隙距离；
：空气相对密度
2、稍不均匀电场中的击穿电压
a、与均匀电场相似，分散性很小 直流、工频交流（也包括冲击电压）作用下，击穿 电压基本相同
b、大间隙、极不均匀场： t L 长，t f占主要部分
c、随着冲击电压幅值的不断升高， t L 将越来越短
有效电子
间隙中出现一个能引起电离过程并最终导致击穿
的电子称为有效电子。
统计时延服从统计规律的原因： 1）有效电子的出现具有统计特性，有些自由电子被 中和，有些可能扩散到间隙外 2）有些电子虽然也引起电离过程，但由于各种不利
显著特征：“饱和”特性
二、冲击电压作用下气隙的击穿特性
1、冲击电压波形 a、雷电冲击电压波
OC为视在波前 OF为视在波前时间 T1
OG为视在半峰值时间 T 2 （也称为波长时间）
T1
T2
国标规定：T
1
1.2s 30%
T2 50s 20%
b、操作冲击电压波
T2
T1
国标规定：